一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置及方法，屬于裂縫檢測領(lǐng)域。是根據(jù)Rizkalla氣體泄漏方程建立，由承壓殼體壁的微小貫穿裂縫的氣體泄漏率反演裂縫尺度，可敏感反映待測區(qū)域是否發(fā)生貫穿開裂。該裝置包括泄漏響應(yīng)組件、密閉罩、降壓裝置、氣壓檢測組件、攝影記錄組件、處理組件、顯示組件。使用時，泄漏響應(yīng)組件的開口端貼合待測區(qū)域，密閉罩將若干個泄漏響應(yīng)組件包圍在內(nèi)，降低密閉罩內(nèi)氣壓；通過泄漏響應(yīng)組件和氣壓檢測組件上定位點的位置變化反映彈性膜的變形，據(jù)此分別推算待測區(qū)域的氣體泄漏率和密閉罩內(nèi)氣壓；結(jié)合從攝影記錄組件記錄的裂紋圖像中提取的裂紋長度，代入分析模型得到殼壁待測區(qū)域裂縫的綜合尺度。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置及方法
本專利技術(shù)屬于裂縫檢測領(lǐng)域，具體涉及一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置及方法。
技術(shù)介紹
在工程結(jié)構(gòu)分析中，受損結(jié)構(gòu)的開裂狀況評估有著重要意義，通常以殼體壁的開裂表征殼體結(jié)構(gòu)的功能性破壞，特別是受損殼體壁的貫穿裂縫，會導(dǎo)致密閉殼體內(nèi)氣體的加速泄漏，引發(fā)安全事故。試驗研究表明，完好無損傷殼體的氣體密閉性是良好的，而發(fā)生損傷、破壞的殼壁給氣體泄漏提供了通道，泄漏率有時可快速提升40倍以上，但仍多屬于低速泄漏狀態(tài)。承壓殼體壁的開裂面一般不是平直的，而且開裂面的前緣也往往不嚴(yán)格沿著結(jié)構(gòu)表面的法線方向，裂縫的開度與深度難以直接量取，也不易判斷裂紋是否已經(jīng)貫穿殼壁。當(dāng)前已有一些裂縫的檢測技術(shù)，仍主要是直接檢測法，如對直接采集的裂紋圖像或通過CT、超聲信號獲取的圖像作特征提取，量取裂紋尺寸；還有破壞性的間接檢測法，如對大開裂的墻體，將黏土擠壓至縫隙中成形，通過測量黏土的寬度間接得到裂縫開度。在工程中，除了需要明確已有裂縫的形態(tài)之外，也很關(guān)注微裂縫的發(fā)展直至貫通的過程，尤其是裂紋發(fā)生貫通的時刻，這對工程預(yù)警有著重要作用，對此還缺乏簡易有效的監(jiān)測手段。承壓殼體壁的氣體泄漏率可作為裂縫的發(fā)展與貫穿的敏感的間接指標(biāo)。本專利技術(shù)根據(jù)微小貫穿裂縫的泄漏率測定，反演殼體壁的開裂程度，可敏感反映目標(biāo)區(qū)域是否發(fā)生貫穿開裂，據(jù)此建立有效的數(shù)學(xué)模型估算受損殼體壁裂縫的綜合開度。為了測裂縫的氣體泄漏率，本專利技術(shù)提出了一種通過泄漏氣流引起的彈性膜變形間接推算泄漏率的方法。本專利技術(shù)將傳統(tǒng)的殼壁內(nèi)側(cè)加壓模式改為外側(cè)的局部降壓模式，使得對大型殼體結(jié)構(gòu)的檢測更易操作，且避免了加壓過程對殼體的再次破壞。為此，針對局部開裂問題，建立的一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置及方法，有效豐富了這一領(lǐng)域的快速監(jiān)測技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置及方法，進而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個或者多個問題。本專利技術(shù)的技術(shù)方案：一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置，包括泄漏響應(yīng)組件1、密閉罩2、降壓裝置3、氣壓檢測組件4、攝影記錄組件5、處理組件6和顯示組件7；所述的密閉罩2用于提供密閉的檢測環(huán)境；所述的降壓裝置3設(shè)置在密閉罩2的側(cè)面，用于降低密閉罩2內(nèi)的氣壓；氣壓檢測組件4設(shè)置在密閉罩2的側(cè)面，用于檢測密閉罩2內(nèi)的氣壓，包括圓筒、距離感應(yīng)器43和彈性膜B41；圓筒的筒壁與密閉罩2密封連接，彈性膜B41設(shè)于圓筒內(nèi)端，距離感應(yīng)器43設(shè)于圓筒外端，彈性膜B41上設(shè)有定位點B42；所述的泄漏響應(yīng)組件1設(shè)于密閉罩2內(nèi)，包括圓筒和彈性膜A12，用于通過彈性膜A12的形狀變化反映待測區(qū)域的氣體泄漏率；彈性膜A12設(shè)置于圓筒的內(nèi)端，圓筒的外端開口，圓筒的筒壁上開設(shè)泄壓孔14，彈性膜A12的外表面設(shè)有若干定位點A13；所述的攝影記錄組件5設(shè)于密閉罩2的頂面，鏡頭正對泄漏響應(yīng)組件1圓筒內(nèi)端的中心位置，用于記錄待測區(qū)域內(nèi)的裂紋圖像和定位點A13的位置，安裝時可利用定位點A13校正攝影記錄組件5的位置。處理組件6分別與氣壓檢測組件4、攝影記錄組件5、顯示組件7連接，用于信息的接收、存儲、處理及顯示，計算裂縫尺度。所述的降壓裝置3兩端貫通，包括圓筒和活塞31，圓筒的筒壁與密閉罩2密封連接。泄漏響應(yīng)組件1、密閉罩2均通過密封圈與殼體壁貼合密封，密封圈為彈性材質(zhì)。所述的密閉罩2頂面為透明的，所述的彈性膜A12是透明的。一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測方法，步驟如下：步驟一、將泄漏響應(yīng)組件1的開口端貼合于待測區(qū)域；若待測區(qū)域存在貫穿開裂面，泄漏氣流會引起彈性膜A12變形；步驟二、將密閉罩2的開口端貼合于殼體壁，將若干個泄漏響應(yīng)組件1包圍在內(nèi)；將攝影記錄組件5設(shè)于泄漏響應(yīng)組件1的正上方，記錄彈性膜A12上定位點A13的位置變化，并記錄待測區(qū)域內(nèi)的裂紋圖像；步驟三、攝影記錄組件5、距離感應(yīng)器43均與處理組件6連接，傳輸記錄的信息；通過降壓裝置3降低密閉罩2內(nèi)的氣壓；步驟四、通過氣壓檢測組件4中彈性膜B41的變形量推算密閉罩2內(nèi)的氣壓變化；若密閉罩2的覆蓋區(qū)域有貫穿開裂面，密閉罩2內(nèi)的氣壓會隨著氣體的泄漏而回升，當(dāng)氣壓回升至設(shè)定值時，處理組件6記錄泄漏響應(yīng)組件1上對應(yīng)的彈性膜A12變形量，推算相應(yīng)的氣體泄漏率，根據(jù)記錄的兩組數(shù)據(jù)由公式(3)計算待測區(qū)域的裂縫開度w；若泄漏響應(yīng)組件1上的彈性膜A12始終不發(fā)生明顯的變形，則認(rèn)為檢測區(qū)域內(nèi)的開裂面未貫穿；w＝2.4801×10-4×(2-logBA)-4.1152(3)其中，P11、P21為第一次的殼壁內(nèi)外側(cè)氣壓；P12、P22為第二次的殼壁內(nèi)外側(cè)氣壓；Q1、Q2為兩種不同氣壓狀況下裂縫的泄漏率；步驟五、利用裂紋圖像處理技術(shù)，從攝影記錄組件5記錄的待測區(qū)域裂紋圖像中，獲取裂紋長度，將裂紋長度l、公式(3)算得的裂縫開度w以及在一種氣壓條件下的待測區(qū)域的內(nèi)外側(cè)氣壓值與相應(yīng)的泄漏率代入方程(1)，直接計算出裂縫的深度t：其中，n＝0.133w-0.243,k＝2.907×107w1.284；μ表示氣體動力粘度；R表示理想氣體常數(shù)；T表示環(huán)境的絕對溫度；P1、P2表示殼壁開裂處的兩側(cè)氣壓；Q表示裂縫的氣體泄漏率；l、w和t分別表示裂縫的長度、開度和深度；根據(jù)裂縫的深度和殼壁的厚度的關(guān)系，進一步估算開裂面的傾角；步驟六、將處理組件6的計算結(jié)果輸出在顯示組件7上。公式(3)是根據(jù)待測區(qū)域的氣壓-泄漏率的關(guān)系計算所述的裂縫開度，計算公式根據(jù)Rizkalla裂縫氣體泄漏方程推導(dǎo)得到；理論上，通過殼壁的兩側(cè)氣壓及裂縫泄漏率的一次測量值，可由公式(1)反演裂縫的開度w，但是該計算為迭代過程，計算效率不高，而且裂縫的氣體泄漏會導(dǎo)致密閉罩內(nèi)氣壓的回升，難以測得穩(wěn)定的壓差-泄漏關(guān)系。因此，本專利技術(shù)對計算方法作如下改進：如果改變殼壁的內(nèi)外側(cè)氣壓，分別測出兩種不同氣壓狀況下裂縫的泄漏率為Q1、Q2，同時記錄氣壓值，將得到的兩組數(shù)據(jù)代入方程(1)，聯(lián)立方程為其中，P11、P21為第一次的殼壁內(nèi)外側(cè)氣壓；P12、P22為第二次的殼壁內(nèi)外側(cè)氣壓。將式(2.1)和式(2.2)相除，消去相等項，整理方程可得裂縫開度為w＝2.4801×10-4×(2-logBA)-4.1152(3)其中，需要說明的是，在該泄漏模型中將裂縫當(dāng)作等寬裂縫處理，雖然與實際中裂縫的不均勻延伸有一定差距，但估算得到的裂縫尺度能在一定程度上客觀描述貫穿開裂面的發(fā)展情況。本專利技術(shù)的有益效果：可敏感反映殼體壁的目標(biāo)區(qū)域是否發(fā)生貫穿開裂，并測得目標(biāo)區(qū)域的貫穿裂縫尺度。附圖說明此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本專利技術(shù)的實施例，并與說明書一起用于解釋本專利技術(shù)的原理。顯而易見地本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置，其特征在于，包括泄漏響應(yīng)組件(1)、密閉罩(2)、降壓裝置(3)、氣壓檢測組件(4)、攝影記錄組件(5)、處理組件(6)和顯示組件(7)；/n所述的密閉罩(2)用于提供密閉的檢測環(huán)境；所述的降壓裝置(3)設(shè)置在密閉罩(2)的側(cè)面，用于降低密閉罩(2)內(nèi)的氣壓；氣壓檢測組件(4)設(shè)置在密閉罩(2)的側(cè)面，用于檢測密閉罩(2)內(nèi)的氣壓，包括圓筒、距離感應(yīng)器(43)和彈性膜B(41)；圓筒的筒壁與密閉罩(2)密封連接，彈性膜B(41)設(shè)于圓筒內(nèi)端，距離感應(yīng)器(43)設(shè)于圓筒外端，彈性膜B(41)上設(shè)有定位點B(42)；所述的泄漏響應(yīng)組件(1)設(shè)于密閉罩(2)內(nèi)，包括圓筒和彈性膜A(12)，用于通過彈性膜A(12)的形狀變化反映待測區(qū)域內(nèi)的氣體泄漏率；彈性膜A(12)設(shè)置于圓筒的內(nèi)端，圓筒的外端開口，圓筒的筒壁上開設(shè)泄壓孔(14)，彈性膜A(12)的外表面設(shè)有若干定位點A(13)；/n所述的攝影記錄組件(5)設(shè)于密閉罩(2)的頂面，鏡頭正對泄漏響應(yīng)組件(1)圓筒內(nèi)端的中心位置，用于記錄待測區(qū)域內(nèi)的裂紋圖像和定位點A(13)位置；/n處理組件(6)分別與氣壓檢測組件(4)、攝影記錄組件(5)、顯示組件(7)連接，用于信息的接收、存儲、處理及顯示，計算裂縫尺度。/n...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于氣體泄漏率測定的承壓殼體壁裂縫尺度的檢測裝置，其特征在于，包括泄漏響應(yīng)組件(1)、密閉罩(2)、降壓裝置(3)、氣壓檢測組件(4)、攝影記錄組件(5)、處理組件(6)和顯示組件(7)；
所述的密閉罩(2)用于提供密閉的檢測環(huán)境；所述的降壓裝置(3)設(shè)置在密閉罩(2)的側(cè)面，用于降低密閉罩(2)內(nèi)的氣壓；氣壓檢測組件(4)設(shè)置在密閉罩(2)的側(cè)面，用于檢測密閉罩(2)內(nèi)的氣壓，包括圓筒、距離感應(yīng)器(43)和彈性膜B(41)；圓筒的筒壁與密閉罩(2)密封連接，彈性膜B(41)設(shè)于圓筒內(nèi)端，距離感應(yīng)器(43)設(shè)于圓筒外端，彈性膜B(41)上設(shè)有定位點B(42)；所述的泄漏響應(yīng)組件(1)設(shè)于密閉罩(2)內(nèi)，包括圓筒和彈性膜A(12)，用于通過彈性膜A(12)的形狀變化反映待測區(qū)域內(nèi)的氣體泄漏率；彈性膜A(12)設(shè)置于圓筒的內(nèi)端，圓筒的外端開口，圓筒的筒壁上開設(shè)泄壓孔(14)，彈性膜A(12)的外表面設(shè)有若干定位點A(13)；
所述的攝影記錄組件(5)設(shè)于密閉罩(2)的頂面，鏡頭正對泄漏響應(yīng)組件(1)圓筒內(nèi)端的中心位置，用于記錄待測區(qū)域內(nèi)的裂紋圖像和定位點A(13)位置；
處理組件(6)分別與氣壓檢測組件(4)、攝影記錄組件(5)、顯示組件(7)連接，用于信息的接收、存儲、處理及顯示，計算裂縫尺度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于，所述的降壓裝置(3)兩端貫通，包括圓筒和活塞(31)，圓筒的筒壁與密閉罩(2)密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測裝置，其特征在于，泄漏響應(yīng)組件(1)、密閉罩(2)均通過密封圈與殼體壁貼合密封，密封圈為彈性材質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測裝置，其特征在于，所述的密閉罩(2)頂面為透明的，所述的彈性膜A(12)是透明的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢測裝置，其特征在于，所述的密閉罩(2)頂面為透明的，所述的彈性膜A(12)是透明的。
6.采用權(quán)利要求1-5任一所述的檢測裝置的檢測方法，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡哲文，李建波，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21
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