车载压力容器结构健康监测及安全评价一体化方法研究

Facing the challenges of structural health monitoring and safety evaluation of vehicle tanks, three key problems will be studied in the project. Firstly, dynamical model of vehicle tanks will be established by considering structural response to the impact loading. Fatigue damage model will be examined on the basis of random loads. Secondly, the active method of damage monitoring based on guided waves will be developed. The propagation mechanism of guided wave in a complex structure will be studied to achieve the structural health monitoring of vehicle tanks under practical conditions. Thirdly, in conjuction with the temperature and strain measurement based on optical fiber sensor, the correlation of the multi-sensor information is studied. A comprehensive algorithm will be proposed to fuse the information. A real-time safety assessment method of vehicle tanks will be accordingly established. Breakthroughs in development of integrated approach for structural health monitoring and safety warning of the vehicle tanks are expected to be achieved which provide scientific support for the safety management of vehicle pressure vessels.

围绕车载压力容器的结构健康监测和安全评价难题，重点突破三个关键：(1)建立车载压力容器服役条件下的动力学模型，研究容器壁面受到冲击作用的响应，以及随机载荷下的疲劳损伤演化问题，结合低温容器动载荷作用下动态断裂行为，揭示动载荷作用下车载压力容器的失效模式和损伤规律；(2)建立基于超声导波损伤主动监测方法，揭示复杂结构中导波的传播机理，实现实际工况下车载压力容器早期损伤的监测；(3)结合光纤传感器的温度、应变监测，研究多传感器信息的相关性，研究基于信号相关函数的综合评价算法，建立车载压力容器服役过程中的实时安全状态评价方法。通过四年研究，争取在车载压力容器结构健康监测和安全评价一体化方法上取得突破，为车载压力容器的安全保障提供科学支持。

围绕车载压力容器的结构健康监测和安全评价难题，进行了三个关键问题的研究：(1) 通过LNG车载压力容器在复杂载荷作用下的动力学建模，利用数值模拟方法对车载容器内液体的晃荡现象进行研究，分析液体冲击作用对车辆行驶稳定性与结构强度的影响。研究了LNG车载压力容器在转弯、爬坡、急刹车、受外载荷等情况下的典型载荷历程、揭示复杂载荷作用下的容器的失效机理，并进行了弱点辨识；(2) 通过揭示超声导波在复杂结构中导波的传播机理，并研究了液体介质等实际工况下固液耦合对导波影响，提出激励信号波形参数和激励中心频率的获得方法，建立基于超声导波的压力容器损伤主动监测方法。为实现单缺陷和多缺陷的检测并提高定位精度，创新性地提出了多种缺陷定位成像算法，同时，通过优化传感器网络的布置方式，实现驱动器向复杂结构主动施加激励信号，然后再通过检测传感器检测结构对激励的响应，并进行分析、识别从而判断结构中的损伤，实现在线、主动、实时损伤监测和精准定位；(3)研制了耐低温FBG温度传感器和耐低温FBG应变传感器，并结合模糊数学中的模糊综合评价方法，提出了危化品道路运输安全的模糊综合评价模型和评价指标体系，此外，搭建了一套车载压力容器超声导波信号控制与分析系统，实现了车载压力容器安全状态的主动在线监测。