Modeling, simulation and analysis of type-III composite overwrapped pressure vessels for high-pressure gas storage
Yüksek basınçlı gaz depolama için tip-III kompozit sarılı basınçlı kapların modellenmesi, benzetimi ve analizi
- Tez No: 563608
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Basınçlı kap, Filaman sargı, Gaz depolama, Hidrojen depolanması, Polimer kompozitler, Sayısal modelleme, Pressure vessel, Filament winding, Gas storage, Hydrogen storage, Polymer composites, Numerical modelling
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, yüksek basınçlı gaz depolama için çok katmanlı kompozit sarılı basınçlı kaplar sonlu elemanlar metodu ile modellenmiş ve filaman sarma yöntemi ile üretilmiştir. Birbirinden farklı geometri ve malzemelere sahip iki tip iç gömlek, gaz depolama ve kompozit filaman sarma tekniğinde mandrel olarak kullanılmıştır. 34CrMo4 çeliği, katmanlararası hibritleşme etkilerinin incelenmesi için yük paylaşabilen metalik iç gömlek için seçilmiştir. Cam ve karbon iplikler iç gömlek üzerine [±11°/90°2]3 oryantasyonunda, tamamen kompozit takviyeli ve ön ve arka dom kısımları birbirinden farklı basınçlı kaplar elde edilmesi için sarılmıştır. Diğer iç gömlek ise 6061-T6 alüminyumdan yapılmıştır ve hidrojen gibi yüksek basınçlı gaz ihtivası ve taşınabilir uygulamalar için uygun olan daha iyi mukavemet-ağırlık oranı sebebiyle seçilmiştir. Yapıya yama katmanları eklenerek alüminyum esaslı kompozit sarılı basınçlı kapların patlama basınçları arttırılmıştır ve güvenli patlama modları tetiklenmiştir. Tüm basınçlı kaplar iç basınçları patlama basıncına kadar hidrostatik olarak yüklenmiştir. Basınçlı kapların mekanik performansları hem deneysel hem de nümerik yaklaşımlarla incelenmiştir. Nümerik yaklaşımlarda sonlu elemanlar analizi kompozit kısım için ANSYS'te bulunan basit ilerlemeli hasar modeli ile gerçekleştirilmiştir. Metalik iç gömlekler iki farklı sertleştirme yaklaşımı; ikidoğrusal ve çokdoğrusal pekleşme ile elastik-plastik olarak modellenmiştir. Çelik esaslı kompozit sarılı basınçlı kapların sonuçları incelendiğinde sonlu elemanlar modeli deneysel sonuçlarla iyi bir bağıntı sağlamıştır. Nümerik gerinim sonuçları da katmanlar arası hibritleşmenin radyal deformasyon üzerinde pozitif etkileri olduğunu işaret etmektedir. Alüminyum esaslı kompozit sarılı basınçlı kaplar için oluşturulan model ise patlama basınçlarını %8 sapma ile hesaplayabilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, multi-layered composite overwrapped pressure vessels (COPVs) for high-pressure gaseous storage were modeled by finite element (FE) method and manufactured by filament winding technique. Two liners with distinct geometries were utilized for containing gas and forming a basis for composite filament winding. 34CrMo4 steel as a load-sharing metallic liner was selected for investigation of hybridization effects. Glass and carbon filaments were overwrapped to the liner with a winding angle of [±11°/90°2]3 to obtain a fully overwrapped composite reinforced vessel with non-identical front and back dome endings. The other type of liner was made of Al 6061-T6 and chosen for containing high-pressure gas such as hydrogen and its better strength-to-weight ratio suitable for onboard applications. Doily layers were implemented to the structure for inducing safe burst modes and increasing the burst pressure of the aluminum-based COPVs. All vessels were hydrostatically loaded with increasing internal pressure up to the burst pressure. The mechanical performances of pressure vessels were investigated by both experimental and numerical approaches. In numerical approaches, FE analysis was performed featuring a simple progressive damage model available in ANSYS for composite section. The metal liners were modeled as elastic-plastic material with two different hardening approaches; bilinear and multilinear hardening. The results from steel based COPV indicate that the FE model provided a good correlation between experimental and numerical strain results for the vessels with indications that the composite interlayer hybridization has positive effects on radial deformation of the COPVs. The constructed model for aluminum-based COPVs was also able to predict experimental burst pressures within a range of 8%.
Benzer Tezler
- Investigating the influence of material and geometrical factors on bonded joint strength: A parametric CZM analysis of single lap joints
Malzeme ve geometrik faktörlerin yapıştırmalı bağlantıların dayanımına etkisinin incelenmesi: Tek bindirmeli bağlantılarda parametrik CZM analizi
SELİNAY ÖZTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEHER EKEN
- Tekrarlı yükler etkisindeki bölme duvarların çimento esaslı tekstil kompozitlerle iyileştirme yöntemlerinin geliştirilmesi
Improving retrofitting methods for partition walls under lateral cyclic loading using cement based textile composites
DİDEM DÖNMEZ
Doktora
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDeprem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA GENÇOĞLU
- 5G ve 5G-ötesi sistemlerde ağ dilimleme için simülasyon ortamlarının karşılaştırmalı değerlendirmesi
A comparative evaluation of simulation environments for network slicing in 5G and beyond 5G systems
NIMA GHASEMI PARVIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYalova ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUNUS ÖZEN
- Güneş enerjisi destekli ısı toprak kaynaklı (jeotermal) ısı pompalı bir kurutucunun enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of a solar-assisted ground-source(geotermal) heat pump dryer
EBRU HANCIOĞLU
- Modeling of nanoparticle - membrane interactions
Nanopartikül – membran etkileşimlerinin modellenmesi̇
GÜLŞAH GÜL
Doktora
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NAZAR İLERİ ERCAN