一種複合材料層合板氣密性檢測裝置的製作方法

2023-04-29 20:26:06

專利名稱：一種複合材料層合板氣密性檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，屬於氣密性檢測儀器領域。
背景技術：
複合材料壓力容器是航天飛行器貯存液體或氣體燃料的重要設備。對於複合材料 壓力容器而言，其性能受加工工藝影響較大。壓力容器在使用過程中，由於受到各種外界載 荷的共同作用，複合材料易發生破裂，容器強度將明顯降低。為了測量樣品性能，檢驗設計 的可靠性，應該模擬壓力容器在實際應用中可能遇到的種種情況，對樣品進行性能測試。在 壓力容器的各種性能指標中，氣密性是評價其性能最重要的指標之一，它決定了壓力容器 的極限承載能力。目前國際通用的壓力容器氣密性檢測標準是水壓試驗和壓力容器爆破試 驗。根據GB9251《氣瓶水壓試驗方法》和GB6058-85《纖維纏繞壓力容器製備和內壓 試驗方法》的規定，水壓試驗是在容器完成纖維碳纖維增強層纏繞後，對容器逐一進行逐級 加載水壓試驗，每隔IOMPa進行一次應變採集。加壓時保持上升速率不變，試驗上限壓力為 1. 5倍工作壓力，保壓一定時間後，通過外測法，測量容器變形率。
根據GB15385-1994《氣瓶水壓爆破試驗方法》和美國DOT標準，壓力容器爆破試 驗指的是通過高壓泵向密封壓力容器內部注水並逐級以相同升壓速率加載，直到壓力容器 破壞。目前對複合材料壓力容器的氣密性檢測方法是對成品壓力容器進行高壓氣密測 試，測試成本高，檢測過程繁瑣，周期長。

發明內容
本發明的目的是解決現有複合材料壓力容器的氣密性檢測方法是對成品壓力容 器進行高壓氣密測試，存在測試成本高，檢測過程繁瑣，檢測周期長的問題，提供了一種復 合材料層合板氣密性檢測裝置。本發明是通過下述方案予以實現的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，，它包 括第一半模、第二半模、第一氣密性閥門、第二氣密性閥門、第一氣壓檢測計和第二氣壓檢 測計，第一半模與第二半模端面密封，第一半模的內腔與第一氣壓檢測計連通，第二半模的 內腔與第二氣壓檢測計連通，第一半模的入氣口通過導管與第一氣密性閥門的一端連通， 第一氣密性閥門的另一端通過導管與高壓氣源連通，第二半模的出氣口通過導管與第二氣 密性閥門的一端連通。本發明提供了一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，採用本發明所述的裝置檢測 待測試件氣密性時，將待測試件水平放置在第一半模與第二半模所形成的密封腔內，待測 試件將所述密封腔一分為二，打開第一氣密性閥門，關閉第二氣密性閥門，開啟高壓氣源， 並輸出載荷氣體，當第一半模與待測試件所形成的密封腔內的氣壓達到一定值時，關閉第 一氣密性閥門，經過一段時間滲透後，分別讀取第一氣壓檢測計和第二氣壓檢測計所顯示的氣壓值並計算當前複合材料層合板待測試件的氣體滲透率。通過測量滲透氣體體積來計算層合板氣體滲透率P的過程如下
首先，計算第二半模與待測試件之間形成的密封腔中氣體體積變化率^
V夏 7 P0I
其中，馬為第二半模與待測試件之間形成的密封腔中氣壓值(單位Pa) ； 4為環境大
氣壓(單位Pa) 力第二半模與待測試件之間形成的密封腔的體積(單位m3) ；/為滲透 時間(單位:s)。之後，通過第二半模與待測試件之間形成的密封腔中氣體體積變化本Γ採用理
想氣體狀態方程計算氣體分子擴張速率GTR (Gastransmissionrate)
QTR =屍0 .
ART
其中，2為待測試件的滲透面積(單位m2)； 『為通用氣體常數(P =8. 3143 X IO3 L Pa/moi-K ) ; Γ 為環境溫度(單位Κ)。最後，將P定義為氣體分子擴張速率和試樣厚度方向上兩側壓力差之間的比值， 則屍為
p_ GTR Pl~P2
其中 力第一半模與待測試件之間形成的密封腔中氣壓值(單位Pa)。那麼，待測試件的滲透率P為
P = Pk
其中1力待測試件的厚度(單位m)。本發明所述的高壓氣源輸出的載荷氣體為乾燥清潔的壓縮氣體，所述的載荷氣體 為O2或隊。本發明所述的第一半模與待測試件所形成的密封腔內的氣壓所達到的一定值為 6MPa、8MPa、IOMPa 或 12MPa。本發明所述的第一氣壓檢測計用於檢測第一半模與待測試件之間形成的密封腔 中氣壓值；所述的第二氣壓檢測計用於檢測第二半模與待測試件之間形成的密封腔中氣壓值。現有技術中，採用水壓試驗或是壓力容器爆破試驗，測量一次需要一周左右，而且 會對試驗對象造成一定的影響，試驗成本高。而採用本發明所述的裝置進行測量，僅需要 3-4天就可以完成，對實驗對象無任何性能影響，大大減低試驗成本。本發明所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置結構設計簡單，能在材料製備 階段實現對材料性能的測試，測試過程簡單。


圖1是具體實施方式
一中所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置的結構示意圖；圖2是第一半模的剖面圖；圖3是第二半模的剖面圖；圖4是第一半模的與第二半模 配合的端面上設置有第一密封圈的連接示意圖；圖5是第二半模的與第一半模配合的端面 上設置有第二密封圈及第三密封圈的連接示意圖；圖6是具體實施方式
六中所述的一種復 合材料層合板氣密性檢測裝置的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。一種複合材料層合板氣密 性檢測裝置，它包括第一半模1、第二半模2、第一氣密性閥門3、第二氣密性閥門4、第一氣 壓檢測計5和第二氣壓檢測計6，第一半模1與第二半模2端面密封，第一半模1的內腔與 第一氣壓檢測計5連通，第二半模2的內腔與第二氣壓檢測計6連通，第一半模1的入氣口 通過導管與第一氣密性閥門3的一端連通，第一氣密性閥門3的另一端通過導管與高壓氣 源連通，第二半模2的出氣口通過導管與第二氣密性閥門4的一端連通。本實施方式提供了一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，採用本實施方式所述的 裝置檢測待測試件氣密性時，將待測試件水平放置在第一半模1與第二半模2所形成的密 封腔內，待測試件將所述密封腔一分為二，打開第一氣密性閥門3，關閉第二氣密性閥門4， 開啟高壓氣源，並輸出載荷氣體，當第一半模1與待測試件所形成的密封腔內的氣壓達到 一定值時，關閉第一氣密性閥門3，經過一段時間滲透後，分別讀取第一氣壓檢測計5和第 二氣壓檢測計6所顯示的氣壓值並計算當前複合材料層合板待測試件的氣體滲透率。
通過測量滲透氣體體積來計算層合板氣體滲透率1>的過程如下
首先，計算第二半模2與待測試件之間形成的密封腔中氣體體積變化率Vt
其中，P2為第二半模2與待測試件之間形成的密封腔中氣壓值(單位Pa) 為環境
大氣壓(單位Pa) 力第二半模2與待測試件之間形成的密封腔的體積(單位m3) -J為 滲透時間(單位s)。之後，通過第二半模2與待測試件之間形成的密封腔中氣體體積變化率G ,採用 理想氣體狀態方程計算氣體分子擴張速率GTR (GasTransmissionRate)
其中，A為待測試件的滲透面積(單位m )、為通用氣體常數( =8. 3143 X IO3 L Pa/md-K ) ; Γ 為環境溫度(單位Κ)。最後，將P定義為氣體分子擴張速率和試樣厚度方向上兩側壓力差之間的比值， 則P為
其中，P1為第一半模1與待測試件之間形成的密封腔中氣壓值(單位Pa)。那麼，待測試件的滲透車-力
P = Pk
其中，A為待測試件的厚度(單位m)。本實施方式所述的高壓氣源輸出的載荷氣體為乾燥清潔的壓縮氣體，所述的載荷 氣體為 02或隊。本實施方式所述的第一半模1與待測試件所形成的密封腔內的氣壓所達到的一 定值為 6MPa、8MPa、IOMPa 或 12MPa。本實施方式所述的第一氣壓檢測計5用於檢測第一半模1與待測試件之間形成的 密封腔中氣壓值；所述的第二氣壓檢測計6用於檢測第二半模2與待測試件之間形成的密 封腔中氣壓值。現有技術中，採用水壓試驗或是壓力容器爆破試驗，測量一次需要一周左右，而且 會對試驗對象造成一定的影響，試驗成本高。而採用本實施方式所述的裝置進行測量，僅需 要3-4天就可以完成，對實驗對象無任何性能影響，大大減低試驗成本。本方式所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置結構設計簡單，能在材料製備 階段實現對材料性能的測試，測試過程簡單。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一所述的一種複合材料層合板氣密 性檢測裝置的區別在於，所述的第一半模1由第一帶孔圓盤11、第一短管12、第一法蘭13 構成，第一帶孔圓盤11與第一短管12的一個端面連接為一體，第一短管12的另一個端面 與第一法蘭13的一個端面連接為一體；所述的第二半模2由第二帶孔圓盤21、第二短管 22、第二法蘭23構成，第二帶孔圓盤21與第二短管22的一個端面連接為一體，第二短管22 的另一個端面與第二法蘭23的一個端面連接為一體；第一法蘭13與第二法蘭23連接。本實施方式所述的第一帶孔圓盤11與第一短管12的一個端面焊接為一體，所述 的第一短管12的另一個端面與第一法蘭13的一個端面焊接為一體。本實施方式所述的第一法蘭13與第二法蘭23通過螺栓或其他技術手段使其緊 固。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二所述的一種複合材料層合板氣密 性檢測裝置的區別在於，它還包括第一密封墊圈71，所述第一半模1的與第二半模2配合的 端面上設置有第一密封圈71。本實施方式所述的第一密封墊圈71的外直徑為35mm，厚度為3. 5mm。測試時，待測試件水平放置於第一半模1與第二半模2所形成的密封腔內，採用本 實施方式所述的第一密封墊圈71使得待測試件與第一半模1的密封效果更好，防止由於待 測試件與第一半模1之間存在縫隙而導致的載荷氣體的洩露。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
二或三所述的一種複合材料層合板 氣密性檢測裝置的區別在於，它還包括第二密封墊圈72及第三密封墊圈73，所述第二半模 2的與第一半模1配合的端面上同心設置有第二密封墊圈72及第三密封墊圈73。本實施方式所述的第二密封墊圈72的外直徑為35mm，厚度為3. 5mm ；採用本實施 方式所述的第二密封墊圈72使得待測試件與第二半模2的密封效果更好，防止由於待測試件與第二半模2之間存在縫隙而導致的載荷氣體的洩露。本實施方 式所述的第三密封墊圈73的外直徑為55mm，厚度為3. 5mm ；本實施方式 所述的第三密封墊圈73的應用使得第一半模1與第二半模2的配合更緊密。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四所述的一種複合材料層合板氣密 性檢測裝置的區別在於，所述的第一氣壓檢測計5及第二氣壓檢測計6為機械式氣壓檢測 計或數字式氣壓檢測計。採用本實施方式所述的機械式氣壓檢測計或數字式氣壓檢測計能夠清楚準確的 讀取該氣壓檢測計所處的密封腔內的氣壓的變化。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一、二、三或五所述的一種複合材料 層合板氣密性檢測裝置的區別在於，它還包括檢漏儀8，第二氣密性閥門4的另一端通過導 管與檢漏儀8連通。採用本實施方式所述的裝置檢測待測試件氣密性時，將待測試件水平放置在第一 半模1與第二半模2所形成的密封腔內，待測試件將所述密封腔一分為二，打開第一氣密性 閥門3，打開第二氣密性閥門4，開啟高壓氣源，並輸出載荷氣體，當第一半模1與待測試件 所形成的密封腔內的氣壓達到一定值時，關閉第一氣密性閥門3，經過一段時間滲透後，利 用檢漏儀8進行氣體滲漏情況測量。本實施方式所述的檢漏儀8用於顯示檢測到滲漏和測量滲漏量數據。本實施方式所述的檢漏儀8為氦檢漏儀，因此要求，高壓氣源輸出的載荷氣體中 混入氦氣。
權利要求
一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，其特徵是它包括第一半模(1)、第二半模(2)、第一氣密性閥門(3)、第二氣密性閥門(4)、第一氣壓檢測計(5)和第二氣壓檢測計(6)，第一半模(1)與第二半模(2)端面密封，第一半模(1)的內腔與第一氣壓檢測計(5)連通，第二半模(2)的內腔與第二氣壓檢測計(6)連通，第一半模(1)的入氣口通過導管與第一氣密性閥門(3)的一端連通，第一氣密性閥門(3)的另一端通過導管與高壓氣源連通，第二半模(2)的出氣口通過導管與第二氣密性閥門(4)的一端連通。
2.根據權利要求1所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，其特徵在於所述的 第一半模 (1)由第一帶孔圓盤(11)、第一短管(12)、第一法蘭(13)構成，第一帶孔圓盤(11) 與第一短管(12)的一個端面連接為一體，第一短管(12)的另一個端面與第一法蘭(13)的 一個端面連接為一體；所述的第二半模(2)由第二帶孔圓盤(21)、第二短管(22)、第二法蘭 (23)構成，第二帶孔圓盤(21)與第二短管(22)的一個端面連接為一體，第二短管(22)的另 一個端面與第二法蘭(23)的一個端面連接為一體；第一法蘭(13)與第二法蘭(23)連接。
3.根據權利要求2所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，其特徵在於它還包 括第一密封墊圈(71)，所述第一半模(1)的與第二半模(2)配合的端面上設置有第一密封 圈(71)。
4.根據權利要求2或3所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，其特徵在於它 還包括第二密封墊圈(72 )及第三密封墊圈(73 )，所述第二半模(1)的與第一半模(2 )配合 的端面上同心設置有第二密封墊圈(72)及第三密封墊圈(73)。
5.根據權利要求4所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，其特徵在於所述的 第一氣壓檢測計(5)及第二氣壓檢測計(6)為機械式氣壓檢測計或數字式氣壓檢測計。
6.根據權利要求1、2、3或5所述的一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，其特徵在於 它還包括檢漏儀(8)，第二氣密性閥門(4)的另一端通過導管與檢漏儀(8)連通。
全文摘要
一種複合材料層合板氣密性檢測裝置，屬於氣密性檢測儀器領域，解決現有複合材料壓力容器的氣密性檢測方法是對成品壓力容器進行高壓氣密測試，存在測試成本高，檢測過程繁瑣，檢測周期長的問題。它包括第一半模、第二半模、第一氣密性閥門、第二氣密性閥門、第一氣壓檢測計和第二氣壓檢測計，第一半模與第二半模端面密封，第一半模上安裝有第一氣壓檢測計，第二半模上安裝有第二氣壓檢測計，第一半模的入氣口通過導管與第一氣密性閥門的一端連通，第一氣密性閥門的另一端通過導管與高壓氣源連通，第二半模的出氣口通過導管與第二氣密性閥門的一端連通。本發明實現了低成本、短周期的檢測複合材料層合板氣密性，用於複合材料層合板的氣密性檢測。
文檔編號G01M3/32GK101865754SQ20101023139
公開日2010年10月20日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者劉文博, 宋大君, 楊帆, 王榮國, 矯維成, 赫曉東 申請人:哈爾濱工業大學