CN117744452B - 一种复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，包括：建立压力容器的几何模型，输入相关参数，建立容器的周向周期性边界和容器口部的固定边界条件，对内胆施加压力以模拟真实服役条件下的情况，提取压力容器包覆层搭接区域的应变数据；利用有限元仿真建立渗漏试样测试压力与应变之间的映射关系，明确渗漏测试压力参数；对渗漏试样进行渗漏实验测试；基于广义化学势控制方程和线性拟合方法，分析不同搭接长度、压力和应变条件下渗漏试样的渗漏情况。本发明提出一种纤维‑金属包覆压力容器在真实服役条件下渗漏性能评估方法，以平均应变代替搭接区域的应变数据，简化了计算和评估过程，在实际工程设计和制造中具有实用性和可行性。
Description
技术领域
本发明涉及渗漏性能检测的技术领域，具体涉及一种纤维-金属包覆复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法。
背景技术
复合材料压力容器在航空航天领域得到广泛应用，它具有重量轻、强度高和可设计力学性能等优点。这些容器主要用于储存液氢、液氧和航空煤油等液体燃料，同时容器外部环境也是异种液体环境。为了避免外部液体与复合材料不相容导致的爆炸风险，容器的抗渗漏性能至关重要。特别是在真实受载条件下，由于应变而引起的渗漏是不可忽视的。
目前，现有技术中已经有一些针对复合材料压力容器渗漏性能的检测方法，例如专利号为ZL202111441863.9的发明专利公开了一种基于光纤传感的复合材料压力容器渗漏性能表征方法，包括步骤：在待测复合材料典型件表面粘贴光纤传感器；构建低温环境并设置温度传感器，再进行温度标定试验；对复合材料典型件施加荷载，再根据反馈的温度和应变响应，进行应变补偿得到应变数值；再对复合材料典型件应变较大的部位进行渗漏检测；通过不断施加荷载，直至复合材料典型件断裂，并记录不同荷载下的渗漏状况，最终得到表征复合材料典型件的应变-渗漏性能关联信息。该方法是一种使用光纤传感器间接测定施载条件下复合材料气瓶的复合材料渗漏率的方法，要求在不同位置布置若干分布式光纤和温度传感器，温度传感器主要用于应变补偿，最后构建复合材料气瓶整体的应变；但是上述表征方法存在成本高，计算量大的问题，并且无法对纤维-金属包覆复合材料压力容器在真实服役条件下包覆层搭接（重叠）区域的渗漏进行评估。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种复合材料压力容器搭接的渗漏性能表征方法，能够对复合材料压力容器在受载时包覆层搭接区域的泄漏情况进行准确评估。
为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，所述压力容器的容器主体包括内胆、复合材料缠绕层和包覆层，所述包覆层为卷曲分段胶结包覆在所述复合材料缠绕层外表面的金属层；所述渗漏性能表征方法包括以下步骤：
S1、建立复合材料压力容器在载荷条件下的有限元模型：先在ABAQUS有限元软件中建立复合材料压力容器的几何模型，再输入内胆和复合材料缠绕层的力学性能参数，建立复合材料压力容器的周向周期性边界和容器口部的固定边界条件，复合材料缠绕层与内胆之间采用固定约束，对内胆的内表面施加一定的压力，最后，选定并提取复合材料压力容器包覆层搭接区域有限元结果的应变数据；
S2、利用有限元方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变与压力之间的映射关系：首先，在ABAQUS有限元软件中按渗漏试样的尺寸建立几何模型，再按渗漏测试过程设置相应的边界条件；然后，提取有限元仿真计算结果中搭接路径上节点的应变数据，并以搭接路径的平均应变代替搭接区域的应变；接着，基于上述方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变与压力/>之间的映射关系，用于后续渗漏实验测试压力的选择，最后，制备不同搭接长度的渗漏试样；
S3、对渗漏试样进行渗漏实验测试：先在0MPa条件下对渗漏试样进行测试，得到浓度梯度作用下的氦气渗漏速率；然后对渗漏试样先后施加不同大小的多个氦气压力/>，依次获得不同压力条件下的氦气渗漏速率/>；此时，/>为应变和压力共同作用下的氦气渗漏速率，/>为不同压力条件下氦气渗漏速率的改变量，0.1≤≤0.3MPa，/>表示氦气压力为/>MPa条件下的氦气渗漏速率；为仿真结果中不同压力条件下渗漏试样应变的改变量，/>为氦气压力/>条件下的渗漏试样应变，/>表示氦气压力为/>MPa条件下的渗漏试样应变；
S4、结合广义化学势控制方程和线性拟合方法分析不同搭接长度、压力和应变条件下渗漏试样的渗漏情况。
进一步的，所述步骤S2中，搭接路径的平均应变通过式(1)计算得到：
(1)
其中，和/>分别代表第/>个节点和第/>个节点的应变；参数/>表示第个节点和第/>个节点之间的距离。
进一步的，所述步骤S2中，渗漏测试过程的边界条件具体为：在渗漏试样R25mm范围内施加一定压力，在R25-50mm范围内施加固定约束。
进一步的，所述步骤S4中，广义化学势控制方程表示为：
(2)
其中，为氦气的渗漏速率，/>代表氦气的溶解度，/>代表氦气的扩散系数，，其中/>是氦气的浓度，/>为搭接长度，/>是压力驱动的氦气扩散系数，/>是氦气压力。
进一步的，所述步骤S2中，所述渗漏试样的制备方法包括以下步骤：
(1)、按照预设的模压成型工艺制备得到碳纤维包覆层，并将所述碳纤维包覆层切割为具有预设直径的圆形的碳纤维试样；
(2)、提供同心环状的第一包覆层、及用于盖设于所述第一包覆层的中心通孔的第二包覆层，所述第一包覆层的外径与所述碳纤维试样的预设直径相同，所述第二包覆层的直径大于所述第一包覆层的内径且小于所述第一包覆层的外径；
(3)、在所述第一包覆层的上表面和下表面分别涂覆预处理的DW-3低温胶，并将所述第一包覆层分别与所述碳纤维试样和所述第二包覆层进行连接，得到待固化的渗漏试样，其中，所述第一包覆层夹设于所述碳纤维试样和所述第二包覆层之间，所述第二包覆层盖设于所述中心通孔上，且所述碳纤维试样的中轴线、所述第一包覆层的中轴线和所述第二包覆层的中轴线均位于同一直线上，所述第一包覆层与所述第二包覆层连接的部分为试样搭接部；
(4)、将待固化的渗漏试样密封后置于热压罐内，按照预设的固化工艺进行固化处理得到所述渗漏试样。
进一步的，所述步骤S2中，所述渗漏试样包括第一包覆层、分别设置于所述第一包覆层两侧且与所述第一包覆层通过DW-3低温胶连接的碳纤维试样和所述第二包覆层，所述第一包覆层为同心环状结构，所述第二包覆层盖设于所述第一包覆层的中心通孔上，且所述第一包覆层的中轴线、所述碳纤维试样的中轴线和所述第二包覆层的中轴线均位于同一直线上。
进一步的，所述步骤S3中，渗漏试样的测试方法具体包括以下步骤：提供渗漏试样和用于渗漏性能检测的检测装置；所述检测装置包括测试夹具，所述测试夹具包括相对设置的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具包括第一夹具主体部、自所述第一夹具主体部的中部向远离所述第二夹具方向延伸的第一延伸部、自所述第一夹具主体部朝向所述第二夹具的表面向内凹陷形成的凹槽、以及沿第一方向贯穿所述第一延伸部和所述凹槽的槽底形成的第一通道；所述第二夹具包括第二夹具主体部、自所述第二夹具主体部的中部向远离所述第一夹具的方向延伸的第二延伸部、自所述第二夹具主体部朝向所述第一夹具的方向延伸的凸台、以及沿所述第一方向贯穿所述第二延伸部和所述凸台形成的第二通道，所述凸台的形状与所述凹槽的形状相匹配；所述检测装置还包括用于收容所述测试夹具的低温箱、与所述低温箱连通的液氮罐、通过氦气管道与所述测试夹具的第一通道连通的氦气罐、通过第一连接管道与所述氦气管道连通的真空泵、安装于所述氦气管道靠近所述氦气罐的一端的压力表、以及通过第二连接管道与所述测试夹具的第二通道连通的氦质谱检漏仪；将所述渗漏试样安装于所述第一夹具的所述凹槽，其中，所述碳纤维试样和所述第一包覆层收容于所述凹槽内，所述第二包覆层嵌入所述第一通道内或者所述第二通道内；将所述检测装置的各部件连接完成后，按照预设的测试工艺对所述渗漏试样的渗漏情况进行测试，并获取所述氦质谱检漏仪的示值。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)、本发明的纤维-金属包覆复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，以平均应变(LE ave )代替搭接区域的应变数据，从而简化了计算和评估的过程，在实际工程设计和制造中具有一定的实用性和可行性，这种渗漏性能分析方法对于密封性产品的设计和安全性至关重要。通过有效的渗漏性能分析，可以在产品设计阶段就预测和解决潜在的渗漏问题，提高密封性能和产品的可靠性。此外，通过该方法还可以优化搭接区域的设计和材料选择，提高产品的性能和寿命；同时，准确评估复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能还能降低生产和使用过程中的成本和风险，确保产品在各种工作条件下的可靠性和安全性。
(2)、本发明的纤维-金属包覆复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，适用于复杂结构，解决了传感器布置难的问题；并且本发明方法的工程实施和可行性都很高，因此便于实施。
(3)、本发明的纤维-金属包覆复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法通过对渗漏性能的准确评估，能够判断航空航天部件在实际服役条件下是否能够有效地阻止液体或气体的渗漏。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明一种复合材料压力容器搭接的渗漏性能表征方法的流程图；
图2是本发明实施例中46MPa时复合材料的应变分布图；
图3是本发明实施例中压力容器搭接区域应变随路径的变化图；
图4是本发明实施例的模拟结果：(a)搭接长度为7mm，(b)搭接长度为12mm，(c)边界条件，(d)搭接长度为18mm；
图5是本发明实施例中不同搭接长度的试样的应变与压力之间的映射关系；
图6是本发明实施例中搭接长度为12mm、压力为0-0.2MPa条件下的渗漏速率拟合曲线。
具体实施方式
下面将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
请参见图1，本实施例提供一种复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，压力容器的容器主体包括内胆、复合材料缠绕层和包覆层，包覆层是一种卷曲分段胶结包覆在复合材料缠绕层外表面的金属层，通常与缠绕层进行胶结固定，也即纤维-金属包覆结构；具体地，内胆为6061铝合金，基于铝合金外表面缠绕18层T700/C601G碳纤维，复合材料缠绕层外表面采用3A21金属板进行卷曲分段胶结包覆。该渗漏性能表征方法包括以下步骤：
S1、先在ABAQUS有限元软件（ABAQUS是一套工程模拟的有限元软件）中建立复合材料压力容器的几何模型，再输入内胆和复合材料缠绕层的力学性能参数，建立复合材料压力容器的周向周期性边界和容器口部的固定边界条件，复合材料缠绕层与内胆之间采用固定约束，对内胆的内表面施加一定的压力，最后，选定并提取复合材料压力容器包覆层搭接区域有限元结果的应变数据。
S2、利用有限元方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变与压力之间的映射关系：首先，在ABAQUS有限元软件中按渗漏试样的尺寸建立几何模型，再按渗漏测试过程设置相应的边界条件；然后，提取有限元仿真计算结果中搭接路径上节点的应变数据，并以搭接路径的平均应变（LE ave ）代替搭接区域的应变；接着，基于上述方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变与压力/>之间的映射关系，用于后续渗漏实验测试压力的选择；最后，制备不同搭接长度的渗漏试样。其中，搭接路径的平均应变通过下式(1)计算得到：
(1)
其中，和/>分别代表搭接路径上第/>个节点和第/>个节点的应变；参数表示搭接路径上第/>个节点和第/>个节点之间的距离。
S3、对渗漏试样进行渗漏实验测试：先在0MPa条件下对渗漏试样进行测试，得到浓度梯度作用下的渗漏速率；然后对渗漏试样先后施加不同大小的多个氦气压力/>，依次获得每个氦气压力/>条件下的氦气渗漏速率/>；此时，/>为应变和压力共同作用下的氦气渗漏速率，/>为不同压力条件下氦气渗漏速率的改变量，0.1≤≤0.3MPa，/>表示搭接长度为/>、氦气压力为/>条件下的氦气渗漏速率，/>表示搭接长度为/>、氦气压力为/>MPa条件下的氦气渗漏速率；/>为仿真结果中不同压力条件下渗漏试样应变的改变量，/>表示表示搭接长度为/>、氦气压力为/>条件下的渗漏试样应变，/>表示表示搭接长度为/>、氦气压力为MPa条件下的渗漏试样应变。
S4、结合广义化学势控制方程和线性拟合方法分析不同搭接长度、压力和应变条件下渗漏试样的渗漏情况；广义化学势控制方程表示为：
(2)
其中，为氦气的渗漏速率，/>代表氦气的溶解度，/>代表氦气的扩散系数，，其中/>是氦气的浓度，/>为搭接长度，/>是压力驱动的氦气扩散系数，/>是氦气压力；且氦气的溶解度/>、氦气的扩散系数/>以及压力驱动的氦气扩散系数/>均为所施加的氦气的固有常量参数。
在一种具体的实施方式中，渗漏试样可按照专利申请号为CN202310298940.2的专利申请中描述的方法进行制备，制备方法包括以下步骤：
(1)、按照预设的模压成型工艺制备得到碳纤维包覆层，并将碳纤维包覆层切割为具有预设直径的圆形的碳纤维试样；
(2)、提供同心环状的第一包覆层、及用于盖设于第一包覆层的中心通孔的第二包覆层，第一包覆层的外径与碳纤维试样的预设直径相同，第二包覆层的直径大于第一包覆层的内径且小于第一包覆层的外径；
(3)、在第一包覆层的上表面和下表面分别涂覆预处理的DW-3低温胶，并将第一包覆层分别与碳纤维试样和第二包覆层进行连接，得到待固化的渗漏试样，其中，第一包覆层夹设于碳纤维试样和第二包覆层之间，第二包覆层盖设于中心通孔上，且碳纤维试样的中轴线、第一包覆层的中轴线和第二包覆层的中轴线均位于同一直线上，第一包覆层与第二包覆层连接的部分为试样搭接部；
(4)、将待固化的渗漏试样密封后置于热压罐内，按照预设的固化工艺进行固化处理得到渗漏试样。
在一种具体的实施方式中，渗漏试样包括第一包覆层、分别设置于第一包覆层两侧且与第一包覆层通过DW-3低温胶连接的碳纤维试样和第二包覆层，第一包覆层为同心环状结构，第二包覆层盖设于第一包覆层的中心通孔上，且第一包覆层的中轴线、碳纤维试样的中轴线和第二包覆层的中轴线均位于同一直线上。
在一种具体的实施方式中，渗漏试样可按照专利申请号为CN202310298940.2的专利申请中描述的测试方法进行；具体包括以下步骤：提供渗漏试样和用于渗漏性能检测的检测装置；检测装置包括测试夹具，测试夹具包括相对设置的第一夹具和第二夹具，第一夹具包括第一夹具主体部、自第一夹具主体部的中部向远离第二夹具方向延伸的第一延伸部、自第一夹具主体部朝向第二夹具的表面向内凹陷形成的凹槽、以及沿第一方向贯穿第一延伸部和凹槽的槽底形成的第一通道；第二夹具包括第二夹具主体部、自第二夹具主体部的中部向远离第一夹具的方向延伸的第二延伸部、自第二夹具主体部朝向第一夹具的方向延伸的凸台、以及沿第一方向贯穿第二延伸部和凸台形成的第二通道，凸台的形状与凹槽的形状相匹配；检测装置还包括用于收容测试夹具的低温箱、与低温箱连通的液氮罐、通过氦气管道与测试夹具的第一通道连通的氦气罐、通过第一连接管道与氦气管道连通的真空泵、安装于氦气管道靠近氦气罐的一端的压力表、以及通过第二连接管道与测试夹具的第二通道连通的氦质谱检漏仪；将渗漏试样安装于第一夹具的凹槽，其中，碳纤维试样和第一包覆层收容于凹槽内，第二包覆层嵌入第一通道内或者第二通道内；将检测装置的各部件连接完成后，按照预设的测试工艺对渗漏试样的渗漏情况进行测试，并获取氦质谱检漏仪的示值。
实施例
本实施例提供一种复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，复合材料压力容器为复合材料气瓶；渗漏性能表征方法具体包括步骤：
1、在ABAQUS有限元软件中建立复合材料气瓶的几何模型，输入T6061铝合金内胆和T700/C601G碳纤维增强树脂基复合材料的力学性能参数，内胆外表面缠绕18层复合材料，缠绕角度为[±89°/±12°/±89°/±25°/±89°/±32°/±89°/±42°/±89°]；由于复合材料气瓶为轴对称模型，同时为了减少计算时间，提高计算效率，只需建立周向为10°的复合材料气瓶，并设置周期性和瓶嘴固定边界条件，复合材料缠绕层与内胆之间采用固定约束，压力容器内部施加46MPa的压力，其应变云图如图2所示。提取复合材料气瓶包覆层搭接区域的应变数据(本实施例中搭接区域为距离瓶嘴97mm-115mm范围)，如图3所示，利用公式(1)得出搭接区域的平均应变为0.0078。
2、首先，在ABAQUS有限元软件中建立4-20mm搭接长度渗漏试样的几何模型，再按渗漏测试过程设置相应的边界条件；其中边界条件具体为：在渗漏试样R25mm范围内施加一定压力，在R25-50mm范围内施加固定约束。然后，提取有限元仿真计算结果中搭接路径上节点的应变数据，并以搭接路径的平均应变代替搭接区域的应变。接着，基于上述方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变/>与压力/>之间的映射关系，用于后续渗漏实验测试压力的选择。最后，制备4-20mm搭接长度范围内的多个试样。
本实施例中，搭接长度分别选择7mm、12mm和18mm，如图4所示，在ABAQUS有限元软件中按渗漏试样尺寸建立几何模型，按渗漏测试过程设置相应的边界条件，建立渗漏试样应变与测试压力/>之间的关系，提取搭接路径上节点的应变数据，以平均应变(LE ave )代替搭接区域的应变，映射结果如图5所示。
3、对渗漏试样进行渗漏实验测试：根据试样应变与测试压力的映射结果可知，在复合材料压力气瓶承受46MPa载荷时，7mm、12mm和18mm搭接长度的渗漏试样的测试压力分别确定为0.2MPa、0.26MPa和0.3MPa，平均应变随压力增加而增加，随搭接长度减小而增大。这可以采用胡克定律来解释，渗漏试样的总刚度随搭接长度减小而降低，表1为不同搭接长度在不同压力条件下的渗漏速率(/>为搭接长度，/>为氦气压力)。
表1 渗漏试验数据（10-8pa·m3/s）
4、根据公式(2)可知，搭接长度越大，同等压力下渗漏速率越小，特别是压力为0的情况下不涉及应变及压力梯度，此时只有浓度梯度作用，渗漏速率J与搭接长度严格满足反比关系；即1/7:1/12:1/18基本上等于32.1:18.6:12.6。
当压力引入后，渗漏试样的渗漏速率由浓度梯度、压力梯度和应变三部分组成，因此，由压力及应变共同造成的渗漏速率变化应该是，表2为压力梯度增量为0.1MPa时，即/>渗漏速率的改变量。
表2 渗漏率的增加量(10-8pa·m3/s)
提取不同搭接长度在不同压力条件下的应变，如下表3所示：
表3 渗漏试样在不同压力的应变
表4为压力梯度增量为0.1MPa时，即应变的改变量。
表4 应变的增加量
由表2可知，分别为2.3×10-8Pa·m3/s及2.9×10-8Pa·m3/s，对应的应变增加量/>为0.00335及0.00274，虽然应变量增加了，但是渗漏率的增加量却没有显著变化，这说明针对12mm搭接长度结构，在0Mpa到0.2Mpa范围内，压力对渗漏的影响起主导作用，通过拟合表1中12mm搭接长度在0-0.2MPa条件下的数据，如图6所示，渗漏速率与压力基本呈线性关系，因此，针对12mm搭接长度，当压力从0.2MPa升到0.3MPa时，应变从0.00609到0.00925，如果不考虑应变的影响，只有压力梯度及浓度梯度时，依据渗漏实验数据进行拟合得到的方程可以预测出渗漏率为26×0.3+18.5=26.3×10-8Pa·m3/s，与实际实验值29.6×10-8Pa·m3/s相差3.3×10-8Pa·m3/s，该差值即为应变对渗漏率的影响。同时，针对18mm的搭接长度，也可以得出类似的结论。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种复合材料压力容器搭接区域的渗漏性能表征方法，其特征在于，所述压力容器的容器主体包括内胆、复合材料缠绕层和包覆层，所述包覆层为卷曲分段胶结包覆在所述复合材料缠绕层外表面的金属层；所述渗漏性能表征方法包括以下步骤：
S1、建立复合材料压力容器在载荷条件下的有限元模型：先在ABAQUS有限元软件中建立复合材料压力容器的几何模型，再输入内胆和复合材料缠绕层的力学性能参数，建立复合材料压力容器的周向周期性边界和容器口部的固定边界条件，复合材料缠绕层与内胆之间采用固定约束，对内胆的内表面施加一定的压力，最后，选定并提取复合材料压力容器包覆层搭接区域有限元结果的应变数据；
S2、利用有限元方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变与压力之间的映射关系：首先，在ABAQUS有限元软件中按渗漏试样的尺寸建立几何模型，再按渗漏测试过程设置相应的边界条件；然后，提取有限元仿真计算结果中搭接路径上节点的应变数据，并以搭接路径的平均应变代替搭接区域的应变；接着，基于上述方法建立不同渗漏试样搭接区域的应变εi与压力Pi之间的映射关系，用于后续渗漏实验测试压力的选择；最后，制备不同搭接长度的渗漏试样；
S3、对渗漏试样进行渗漏实验测试：先在0MPa条件下对渗漏试样进行测试，得到浓度梯度作用下的氦气渗漏速率L1；然后对渗漏试样先后施加不同大小的多个氦气压力P，依次获得不同压力条件下的氦气渗漏速率LP；此时，LP-L1为应变和压力共同作用下的氦气渗漏速率，ΔLxP＝LxP-Lx(P-0.1)为不同压力条件下氦气渗漏速率的改变量，0.1≤P≤0.3MPa，Lx(P-0.1)表示氦气压力为P-0.1MPa条件下的氦气渗漏速率，x为搭接长度；ΔεxP＝εxP-εx(P-0.1)为仿真结果中不同压力条件下渗漏试样应变的改变量，εxP为氦气压力P条件下的渗漏试样应变，εx(P-0.1)表示氦气压力为P-0.1MPa条件下的渗漏试样应变；
S4、根据渗漏实验测试结果，结合广义化学势控制方程和线性拟合方法分析不同搭接长度、压力和应变条件下渗漏试样的渗漏情况；广义化学势控制方程表示为：
其中，J为氦气的渗漏速率，S代表氦气的溶解度，D代表氦气的扩散系数，φ＝C/S，其中C是氦气的浓度，Kp是压力驱动的氦气扩散系数，P是氦气压力；且氦气的溶解度S、氦气的扩散系数D以及压力驱动的氦气扩散系数Kp均为所施加的氦气的固有常量参数。
2.根据权利要求1所述的渗漏性能表征方法，其特征在于，所述步骤S2中，搭接路径的平均应变通过式(1)计算得到：
其中，Ni和Ni+1分别代表第i个节点和第(i+1)个节点的应变；参数ELi表示第i个节点和第(i+1)个节点之间的距离。
3.根据权利要求1所述的渗漏性能表征方法，其特征在于，所述步骤S2中，渗漏测试过程的边界条件具体为：在渗漏试样R25mm范围内施加一定压力Pi，在R25-50mm范围内施加固定约束。
4.根据权利要求1所述的渗漏性能表征方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述渗漏试样的制备方法包括以下步骤：
(1)、按照预设的模压成型工艺制备得到碳纤维包覆层，并将所述碳纤维包覆层切割为具有预设直径的圆形的碳纤维试样；
(2)、提供同心环状的第一包覆层、及用于盖设于所述第一包覆层的中心通孔的第二包覆层，所述第一包覆层的外径与所述碳纤维试样的预设直径相同，所述第二包覆层的直径大于所述第一包覆层的内径且小于所述第一包覆层的外径；
(3)、在所述第一包覆层的上表面和下表面分别涂覆预处理的DW-3低温胶，并将所述第一包覆层分别与所述碳纤维试样和所述第二包覆层进行连接，得到待固化的渗漏试样，其中，所述第一包覆层夹设于所述碳纤维试样和所述第二包覆层之间，所述第二包覆层盖设于所述中心通孔上，且所述碳纤维试样的中轴线、所述第一包覆层的中轴线和所述第二包覆层的中轴线均位于同一直线上，所述第一包覆层与所述第二包覆层连接的部分为试样搭接部；
(4)、将待固化的渗漏试样密封后置于热压罐内，按照预设的固化工艺进行固化处理得到所述渗漏试样。
5.根据权利要求4所述的渗漏性能表征方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述渗漏试样包括第一包覆层、分别设置于所述第一包覆层两侧且与所述第一包覆层通过DW-3低温胶连接的碳纤维试样和所述第二包覆层，所述第一包覆层为同心环状结构，所述第二包覆层盖设于所述第一包覆层的中心通孔上，且所述第一包覆层的中轴线、所述碳纤维试样的中轴线和所述第二包覆层的中轴线均位于同一直线上。
6.根据权利要求4所述的渗漏性能表征方法，其特征在于，所述步骤S3中，渗漏试样的测试方法具体包括以下步骤：提供渗漏试样和用于渗漏性能检测的检测装置；所述检测装置包括测试夹具，所述测试夹具包括相对设置的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具包括第一夹具主体部、自所述第一夹具主体部的中部向远离所述第二夹具方向延伸的第一延伸部、自所述第一夹具主体部朝向所述第二夹具的表面向内凹陷形成的凹槽、以及沿第一方向贯穿所述第一延伸部和所述凹槽的槽底形成的第一通道；所述第二夹具包括第二夹具主体部、自所述第二夹具主体部的中部向远离所述第一夹具的方向延伸的第二延伸部、自所述第二夹具主体部朝向所述第一夹具的方向延伸的凸台、以及沿所述第一方向贯穿所述第二延伸部和所述凸台形成的第二通道，所述凸台的形状与所述凹槽的形状相匹配；所述检测装置还包括用于收容所述测试夹具的低温箱、与所述低温箱连通的液氮罐、通过氦气管道与所述测试夹具的第一通道连通的氦气罐、通过第一连接管道与所述氦气管道连通的真空泵、安装于所述氦气管道靠近所述氦气罐的一端的压力表、以及通过第二连接管道与所述测试夹具的第二通道连通的氦质谱检漏仪；将所述渗漏试样安装于所述第一夹具的所述凹槽，其中，所述碳纤维试样和所述第一包覆层收容于所述凹槽内，所述第二包覆层嵌入所述第一通道内或者所述第二通道内；将所述检测装置的各部件连接完成后，按照预设的测试工艺对所述渗漏试样的渗漏情况进行测试，并获取所述氦质谱检漏仪的示值。
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