一种气瓶损伤检测方法、装置、设备及存储介质与流程
本发明实施例涉及结构检测技术领域，尤其涉及一种气瓶损伤检测方法、装置、设备及存储介质。
背景技术：
碳纤维缠绕气瓶使用轻便且安全，具有良好的使用前景。在碳纤维缠绕气瓶的生成使用过程中，对碳纤维缠绕气瓶进行损伤检测是必不可少的。
目前，国内外对于碳纤维缠绕气瓶的损伤检测研究主要关注纤维层内部缺陷的检测。碳纤维复合材料气瓶中的缺陷主要分为两类，一类是气瓶缠绕过程中产生的缺陷，如孔隙、分层、夹杂等；另一类是气瓶在试验中产生的缺陷，如内衬起皱、变形、复合层与内胆之间脱粘等。现有针对纤维缠绕复合材料气瓶的无损检测方法主要有x射线检测、超声检测、红外热成像检测、声发射检测等几种。
x射线数字成像技术对缠绕气瓶进行损伤检测研究是通过射线数字成像检测图像，能够计算出缺陷的宽度、长度、深度和体积等尺寸，通过与实际测量尺寸对比发现，缺陷计算具有较高的准确度，能够满足目前定期检验标准的要求。但是，x射线本身对人体有害，x射线检测成本高且对碳纤维分层损伤不敏感。
超声检测是利用超声波在材料缺陷区域和无损区域的反射差异可确定损伤位置及大小。超声检测方法存在以下不足：由于碳纤维缠绕气瓶属于各项异性结构，结构声衰减大，因此噪声与缺陷反射信号的信噪比低，不易区分。
红外热成像检测是运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可进一步计算出温度值，根据物体表面温度分布变化，进行缺陷检测。红外热成检测过程要经过加热、热传导、形成温度梯度，进而产生辐射等多个步骤，但是该方法在检测过程中需要一定的时间，不能进行快速的扫描检测。
材料中因裂缝扩展、塑性变形或相变等引起应变能快速释放而产生的应力波现象称为声发射。声发射检测技术是通过接收和分析材料的声发射信号来评定材料性能或结构完整性的无损检测方法。但是，声发射检测技术对演化或生长的缺陷敏感，对钝化期的缺陷很难检测，且损伤产生的信号与噪声较难区分，容易受干扰。
技术实现要素：
本发明提供一种气瓶损伤检测方法、装置、设备及存储介质，以实现准确检测碳纤维缠绕气瓶的损伤位置。
第一方面，本发明实施例提供了一种气瓶损伤检测方法，包括：
确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据所述气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵；
对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵；
基于所述柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置。
可选的，所述气瓶模态信息的确定步骤包括：
对气瓶瓶身进行测点划分，得到气瓶测点；
采用锤击法或激励法对气瓶进行模态分析，获得气瓶固有频率和各所述气瓶测点的模态振型位移；
基于所述气瓶固有频率和各所述模态振型位移，确定气瓶模态信息。
可选的，所述对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵，包括：
确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵；
对所述第一柔度矩阵和所述第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对所述柔度差矩阵进行轴向曲率计算，确定轴向柔度差曲率矩阵，将所述轴向柔度差曲率矩阵确定为柔度差曲率矩阵。
可选的，所述对两个气瓶柔度矩阵进行曲率计算，得到柔度差曲率矩阵，包括：
确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵；
对所述第一柔度矩阵和所述第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对所述柔度差矩阵进行周向曲率计算，确定周向柔度差曲率矩阵，将所述周向柔度差曲率矩阵确定为柔度差曲率矩阵。
可选的，所述基于柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置，包括：
确定所述柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各所述气瓶测点的位置映射关系；
将大于数值突变阈值的柔度差曲率元素确定为损伤元素；
根据所述位置映射关系，在各所述气瓶测点中确定所述损伤元素对应的损伤测点；
根据所述损伤测点定位气瓶损伤位置。
第二方面，本发明实施例还提供了一种气瓶损伤检测装置，该装置包括：
柔度矩阵确定模块，用于确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据所述气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵；
柔度差曲率矩阵确定模块，用于对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵；
损伤位置确定模块，用于基于所述柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置。
可选的，所述柔度差曲率矩阵确定模块，包括：
轴向柔度差曲率确定单元，用于确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵，对所述第一柔度矩阵和所述第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对所述柔度差矩阵进行轴向曲率计算，确定轴向柔度差曲率矩阵，将所述轴向柔度差曲率矩阵确定为柔度差曲率矩阵；
周向柔度差曲率确定单元，用于确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵，对所述第一柔度矩阵和所述第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对所述柔度差矩阵进行周向曲率计算，确定周向柔度差曲率矩阵，将所述周向柔度差曲率矩阵确定为柔度差曲率矩阵。
可选的，所述损伤位置确定模块，具体用于：
确定所述柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各所述气瓶测点的位置映射关系；
将大于数值突变阈值的柔度差曲率元素确定为损伤元素；
根据所述位置映射关系，在各所述气瓶测点中确定所述损伤元素对应的损伤测点；
根据所述损伤测点定位气瓶损伤位置。
第三方面，本发明实施例还提供了一种气瓶损伤检测设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本发明任意实施例所述的气瓶损伤检测方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如本发明任意实施例所述的气瓶损伤检测方法。
本发明通过确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵，对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵，基于柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置，解决了目前碳纤维缠绕气瓶无损检测方法的检测效率低、噪声干扰强以及检测手段对人体有害等问题，实现了对碳纤维缠绕气瓶内部缺陷的无损检测。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种气瓶损伤检测方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种气瓶损伤检测方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种气瓶损伤检测方法中气瓶测点的划分原理示意图；
图4是本发明实施例三提供的一种气瓶损伤检测装置的结构框图；
图5是本发明实施例四提供的一种气瓶损伤检测设备的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构，此外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种气瓶损伤检测方法的流程图，本实施例可适用于对碳纤维缠绕气瓶的无损检测情况，该方法可以由气瓶损伤检测装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件实现。
如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤110、确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵。
其中，两个时刻可以分别指气瓶损伤前的任一时刻以及当前检测气瓶损伤位置的时刻，在气瓶有损伤的情况下，两个时刻可以认为是气瓶损伤前后的两个时刻。
模态是结构系统的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。柔度矩阵是用矩阵形式表示的一种结构内部的关系式。在本实施例中，气瓶模态信息可以理解为气瓶的模态参数，气瓶柔度矩阵可以理解为表示气瓶结构内部的关系式。
具体的，可以在气瓶未损伤前的某一时刻，获取气瓶的气瓶模态信息。当之后的某一时刻需要检测气瓶的损伤情况时，可以再次获取一次气瓶的气瓶模态信息。分别根据两个时刻的气瓶模态信息计算出对应的气瓶柔度矩阵。
步骤120、对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵。
具体的，在得到两个时刻的气瓶柔度矩阵后，可以对比这两个气瓶柔度矩阵，分析计算气瓶在两个时刻的内部差异。在本实施例中，可以计算两个气瓶柔度矩阵在轴向或周向的柔度差曲率，得到柔度差曲率矩阵，用来表示气瓶在两个时刻的差异。
步骤130、基于柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置。
具体的，柔度差曲率矩阵中的每个元素与气瓶瓶身的各个测试节点一一对应。因此，当柔度差曲率矩阵中数值的表现出气瓶内部结构发生突变时，就可以识别到气瓶损伤位置。
本实施例的技术方案，通过确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵，对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵，基于柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置，解决了目前碳纤维缠绕气瓶无损检测方法的检测效率低、噪声干扰强以及检测手段对人体有害等问题，实现了对碳纤维缠绕气瓶内部缺陷的无损检测。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种气瓶损伤检测方法的流程图。本实施例在上述实施例的基础上，进一步优化了上述气瓶损伤检测方法。
如图2所示，该方法具体包括：
步骤210、对气瓶瓶身进行测点划分，得到气瓶测点。
其中，气瓶瓶身可以指碳纤维缠绕气瓶的瓶身部分。
具体的，可以对气瓶瓶身部位进行测点划分，可以采用均匀的网格划分形式，网格的交点即为气瓶测点。在确定气瓶测点后，可以分别进行步骤220和步骤250。
图3是本发明实施例二提供的一种气瓶损伤检测方法中气瓶测点的划分原理示意图。如图3所示，如果将对气瓶瓶身的轴向和周向分别划分为(a-1)和b等分，则在气瓶瓶身表面共有m＝a×b个节点，(a-1)×b个单元。
步骤220、在第一时刻采用锤击法或激励法对气瓶进行模态分析，获得第一时刻的气瓶固有频率和各气瓶测点的模态振型位移。
具体的，可以在第一时刻采用锤击法或者激振器激励法对气瓶进行模态分析，获得第一时刻的气瓶固有频率和各气瓶测点模态振型位移。
步骤230、基于第一时刻的气瓶固有频率和模态振型位移，确定第一时刻的气瓶模态信息。
具体的，可以将气瓶进行模态分析时的各模态参数，形成第一时刻的气瓶模态信息。
示例性的，气瓶模态信息可以包括：第i阶固有频率wi，其中，i取1、2、……、n，n为所提取的振型阶数，φi＝[a1i,a2i,...,ami]t表示各气瓶测点的模态振型位移。
步骤240、根据第一时刻的气瓶模态信息确定第一时刻的气瓶柔度矩阵。
具体的，可以设f为气瓶柔度矩阵，则
取f矩阵每一列最大值，即cj＝fjmax,则有过渡矩阵ft：
ft＝[c1,...,cj,...,cm]1×m，
对ft按单元划分情况重新排列，即可得到气瓶柔度矩阵c：
在确定气瓶柔度矩阵后可以继续进行步骤280。
步骤250、在第二时刻采用锤击法或激励法对气瓶进行模态分析，获得第二时刻的气瓶固有频率和各气瓶测点的模态振型位移。
具体的，可以在第二时刻采用锤击法或者激振器激励法对气瓶进行模态分析，获得第二时刻的气瓶固有频率和各气瓶测点模态振型位移。
步骤260、基于第二时刻的气瓶固有频率和模态振型位移，确定第二时刻的气瓶模态信息。
具体的，可以将气瓶进行模态分析时的各模态参数，形成第二时刻的气瓶模态信息，气瓶模态信息具体的确定方法可以与第一时刻气瓶模态信息的确定方法一致。
步骤270、根据第二时刻的气瓶模态信息确定第二时刻的气瓶柔度矩阵。
具体的，根据第二时刻的气瓶模态信息计算得到第二时刻的气瓶柔度矩阵，气瓶柔度矩阵的计算方法可以与第一时刻气瓶柔度矩阵的计算方法一致。
步骤280、确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵。
具体的，为了区分两个时刻的气瓶柔度矩阵，可以将第一时刻对应的气瓶柔度矩阵确定为第一柔度矩阵，可以用cu表示，将第二时刻对应的气瓶柔度矩阵确定为第二柔度矩阵，可以用cd表示。
步骤290、对第一柔度矩阵和第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对柔度差矩阵进行轴向曲率计算，确定柔度差曲率矩阵；或者，对第一柔度矩阵和第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对柔度差矩阵进行周向曲率计算，确定柔度差曲率矩阵。
具体的，可以先计算得到柔度差矩阵δc＝cu-cd，进行轴向柔度差曲率计算时，柔度差曲率矩阵g中的元素可以通过以下计算方式得到：
步骤2100、确定柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各气瓶测点的位置映射关系。
具体的，在构建气瓶柔度矩阵时，气瓶柔度矩阵中的元素就与气瓶测点一一对应，因此柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各气瓶测点也存在映射关系，可以将该映射关系称为位置映射关系。
步骤2110、将大于数值突变阈值的柔度差曲率元素确定为损伤元素。
具体的，可以预先设置数值突变阈值，当柔度差曲率元素大于数值突变阈值时，认为气瓶存在损伤。
步骤2120、根据位置映射关系，在各气瓶测点中确定损伤元素对应的损伤测点。
具体的，由于柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与气瓶测点存在一一对应的关系，因此可以确定损伤元素对应的气瓶测点为损伤测点。
步骤2130、根据损伤测点定位气瓶损伤位置。
具体的，损伤测点所在的位置就可以认为是气瓶存在损伤的位置。
本实施例的技术方案，通过对气瓶瓶身进行测点划分，得到气瓶测点，分别在第一时刻和第二时刻采用锤击法或激励法对气瓶进行模态分析，获得气瓶固有频率和各气瓶测点相应的模态振型位移，并确定对应的气瓶模态信息，由此计算得到气瓶在第一时刻和第二时刻的气瓶柔度矩阵，将两个气瓶柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对柔度差矩阵进行轴向曲率计算或者周向曲率计算，确定柔度差曲率矩阵，根据柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各气瓶测点的位置映射关系，在各气瓶测点中确定损伤元素对应的损伤测点，定位气瓶损伤位置，解决了目前碳纤维缠绕气瓶无损检测方法的检测效率低、噪声干扰强以及检测手段对人体有害等问题，实现了对碳纤维缠绕气瓶内部缺陷的无损检测。
实施例三
本发明实施例所提供的气瓶损伤检测装置可执行本发明任意实施例所提供的气瓶损伤检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。图4是本发明实施例三提供的一种气瓶损伤检测装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：柔度矩阵确定模块310、柔度差曲率矩阵确定模块320和损伤位置确定模块330。
柔度矩阵确定模块310，用于确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据所述气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵。
柔度差曲率矩阵确定模块320，用于对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵。
损伤位置确定模块330，用于基于柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置。
本实施例的技术方案，通过确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵，对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵，基于柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置，解决了目前碳纤维缠绕气瓶无损检测方法的检测效率低、噪声干扰强以及检测手段对人体有害等问题，实现了对碳纤维缠绕气瓶内部缺陷的无损检测。
可选的，所述气瓶模态信息的确定步骤包括：
对气瓶瓶身进行测点划分，得到气瓶测点；
采用锤击法或激励法对气瓶进行模态分析，获得气瓶固有频率和各所述气瓶测点的模态振型位移；
基于所述气瓶固有频率和各所述模态振型位移，确定气瓶模态信息。
可选的，所述柔度差曲率矩阵确定模块320，包括：
轴向柔度差曲率确定单元，用于确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵，对所述第一柔度矩阵和所述第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对所述柔度差矩阵进行轴向曲率计算，确定轴向柔度差曲率矩阵，将所述轴向柔度差曲率矩阵确定为柔度差曲率矩阵；
周向柔度差曲率确定单元，用于确定第一时刻对应的气瓶柔度矩阵为第一柔度矩阵，第二时刻对应的气瓶柔度矩阵为第二柔度矩阵，对所述第一柔度矩阵和所述第二柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对所述柔度差矩阵进行周向曲率计算，确定周向柔度差曲率矩阵，将所述周向柔度差曲率矩阵确定为柔度差曲率矩阵。
可选的，所述损伤位置确定模块，具体用于：
确定所述柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各气瓶测点的位置映射关系；
将大于数值突变阈值的柔度差曲率元素确定为损伤元素；
根据所述位置映射关系，在各所述气瓶测点中确定所述损伤元素对应的损伤测点；
根据所述损伤测点定位气瓶损伤位置。
本实施例的技术方案，通过对气瓶瓶身进行测点划分，得到气瓶测点，分别在第一时刻和第二时刻采用锤击法或激励法对气瓶进行模态分析，获得气瓶固有频率和各气瓶测点相应的模态振型位移，并确定对应的气瓶模态信息，由此计算得到气瓶在第一时刻和第二时刻的气瓶柔度矩阵，将两个气瓶柔度矩阵作差得到柔度差矩阵，对柔度差矩阵进行轴向曲率计算或者周向曲率计算，确定柔度差曲率矩阵，根据柔度差曲率矩阵中的柔度差曲率元素与各气瓶测点的位置映射关系，在各气瓶测点中确定损伤元素对应的损伤测点，定位气瓶损伤位置，解决了目前碳纤维缠绕气瓶无损检测方法的检测效率低、噪声干扰强以及检测手段对人体有害等问题，实现了对碳纤维缠绕气瓶内部缺陷的无损检测。
实施例四
图5为本发明实施例四提供的一种气瓶损伤检测设备的结构框图，如图5所示，该气瓶损伤检测设备包括处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440；气瓶损伤检测设备中处理器410的数量可以是一个或多个，图5中以一个处理器410为例；气瓶损伤检测设备中的处理器410、存储器420、输入装置430和输出装置440可以通过总线或其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器420作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的气瓶损伤检测方法对应的程序指令/模块(例如，气瓶损伤检测装置中的柔度矩阵确定模块310、柔度差曲率矩阵确定模块320和损伤位置确定模块330)。处理器410通过运行存储在存储器420中的软件程序、指令以及模块，从而执行气瓶损伤检测设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的气瓶损伤检测方法。
存储器420可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器420可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器420可进一步包括相对于处理器410远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至气瓶损伤检测设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置430可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与气瓶损伤检测设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置440可包括显示屏等显示设备。
实施例五
本发明实施例五还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种气瓶损伤检测方法，该方法包括：
确定两个时刻的气瓶模态信息，分别根据所述气瓶模态信息确定对应的气瓶柔度矩阵；
对两个气瓶柔度矩阵进行柔度差曲率计算，得到柔度差曲率矩阵；
基于所述柔度差曲率矩阵确定气瓶损伤位置。
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的气瓶损伤检测方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-onlymemory,rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
值得注意的是，上述气瓶损伤检测装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！