Design, simulation, and optimization of high-pressure type-IV composite pressure vessels reinforced with graphene nanoplatelets for hydrogen storage using finite element analysis
Hidrojen depolama için grafen nanoplateletler ile güçlendirilmiş yüksek basınçlı tip-IV kompozit basınçlı kapların sonlu elemanlar analizi kullanılarak tasarımı, simülasyonu ve optimizasyonu
- Tez No: 971725
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN TANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Makine Mühendisliği, Polymer Science and Technology, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Polimer kompozitler, Polymer composites
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fosil yakıtların sınırlı kaynak olması ve kullanımlarından kaynaklanan çevresel kirlilik, hidrojen gibi temiz enerji kaynaklarının araştırılmasını hızlandırmıştır. Hidrojeni verimli bir yakıt olarak kullanabilmek için, hafif ve yüksek basınçlı depolama tankları gereklidir. Tip-IV kompozit sarılı basınçlı kaplar (COPV) bu alanda öne çıkmaktadır; bu tasarım metal içermediği için yüksek dayanım/ağırlık oranına sahiptir. Bu tez çalışmasında, Tip-IV COPV'lerin yüksek basınçta hidrojen depolama için tasarımı hedeflenmiş ve kompozit matrisine farklı oranlarda grafen nanoplatelet (GnP) takviyesi yapılmış ve etkileri araştırılmıştır. Kompozit numuneler filament sarma yöntemiyle üretilmiş ve mekanik özellikleri çekme, basma, V-çentik kayma ve ara yüzey kayma (ILSS) testleri ile incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, %2 ağırlıkça GnP katkısının epoksiye göre çekme dayanımını yaklaşık %9 ve elastik modülü %15 oranında artırdığını göstermiştir. Elde edilen malzeme özellikleri doğrultusunda, netting teorisi, Clairaut denklemi gibi analitik hesaplamalar ile belirlenen katman sayıları kullanılarak ANSYS ortamında 3B sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Hoop/helisel oranları senaryoları simüle edilerek, teorik hesapları da onaylayacak şekilde en uygun katman düzeni belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The limited resource of fossil fuels and the environmental pollution caused by their use have accelerated the research of clean energy sources such as hydrogen. In order to use hydrogen as an efficient fuel, lightweight and high-pressure storage tanks are required. Type-IV composite overwrapped pressure vessels (COPV) stand out in this field; this design has a high strength/weight ratio since it does not contain metal. In this thesis study, the design of Type-IV COPVs for high-pressure hydrogen storage was targeted and different amounts of graphene nanoplatelet (GnP) were added to the composite matrix and their effects were investigated. Composite samples were produced by filament winding method and their mechanical properties were investigated by tensile, compression, V-notched shear and interface shear (ILSS) tests. Experimental results showed that 2% wt GnP addition increased the tensile strength by approximately 9% and elastic modulus by 15% compared to epoxy. In line with the obtained material properties, a 3D finite element model was created in ANSYS environment using the layer numbers determined by analytical calculations such as netting theory and Clairaut equation. By simulating the hoop/helical ratio scenarios, the most appropriate layer arrangement was determined to confirm the theoretical calculations.
Benzer Tezler
- Type 4 700 bar hydrogen storage tank optimization study
Tip 4 700 bar hidrojen depolama tankı optimizasyon çalışması
KADİR DEMİRCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET BALKAN
PROF. DR. NURİ BÜLENT ERSOY
- Natural ventilation of high-rise buildings a methodology for planning with different analysis tools and case-study integration
Çok katlı binalarda doğal havalandırma farklı analiz araçları ve örnek alan entegrasyonu ile planlama için bir yöntem
TOBIAS SCHULZE
Doktora
İngilizce
2015
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. AYŞE ZERRİN YILMAZ
PROF. DR. MARCO PERINO
- H&-robust optimal kontrol tekniğinin kullanılması ile T 700 turbo motorunun güç türbini hızının kontrolü
Power turbine speed control of the GE-T700 turbo engine using the H -robust optimal control technique
CÜNEYT YILMAZ
- Polipropilen malzemelerde mekanik özellikler ve geometrik boyutlandırma için proses parametrelerinin deney tasarımı, duyarlılık analizleri, istatistiksel analizi ve optimizasyonu
Design of experiments, sensitivity analysis, statistical analysis and optimization of process parameters for mechanical properties and geometric dimensioning in polypropylene materials
YASİN BALLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZ ALTAY
- Metal enjeksiyon kalıplama ile 316L paslanmaz çelik parça üretiminde proses parametrelerinin simülasyonu ve optimizasyonu
Optimization and simulation of process parameters in 316L stainless steel parts produced by metal injection molding
MÜJDE HOCAOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURAK ÖZKAL