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摘要
氢能具有来源广泛、清洁无碳等优点，随着氢能源的广泛应用，氢能储运逐渐成为研究热点。目前，国家大力发展的碳纤维增强树脂基复合材料气瓶已被广泛应用于氢能储运领域，然而气瓶在使用和运输过程中，容易出现纤维断裂、划伤，严重影响使用安全，故亟需发展碳纤维增强树脂基复合材料气瓶在线监测技术。针对复合材料气瓶的纤维断裂、划伤缺陷在长期、多次充放气过程中发生扩展的问题，采用电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)在线监测方法，并结合90TJ3-140 MPa水压疲劳系统，分别采用超声导波反射式和透射式方法，分析了纤维损伤对导波幅值的影响，并研究了含纤维损伤的气瓶在不同疲劳状态下的导波信号特征的变化规律。结果表明：纤维损伤会降低透射波幅值，且幅值减少量由纤维损伤程度决定；随着气瓶内压的增加，超声导波的声速和中心频率逐渐减小；长20 mm、宽0.5 mm和深1 mm的裂纹对应的缺陷波幅值呈先增大后减小的趋势，经过110 MPa、80次循环后，缺陷波幅值由19.33 mV减小至8.02 mV，声速减小了6.6%，中心频率从0.24 MHz减小至0.17 MHz，纤维完全分层；针对长20 mm、宽0.5 mm和深0.5 mm的裂纹，当气瓶内压由0 MPa增加至105 MPa时，直达波幅值由80.17 mV减小至20.08 mV，降低了75%；采用的电磁超声技术能够很好地解决碳纤维增强树脂基复合材料气瓶在线监测技术难题。
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