Yüksek basınçlı alüminyum cidarlı kompozit hidrojen depolama tanklarının hesaplamalı gerilme ve gerinme analizleri ve hidrojen depolama verimlilikleri

Abstract

Bu yapılan çalışmada, karbon fiber filaman sarmal yüksek basınçta hidrojen depolama tankı 2 ana şekilde incelenmiştir.Bunlardan ilki teorik olarak ince ve kalın cidarlı depolama tanklarının incelenmesi ve bu modele uygun hasar modelinin çıkarılmasıdır. Matematiksel olarak çözümlenen gerilme ve gerinmeler, uzama katsayılarının çözümlenmeleri ele alınmış ve hesaplamalarında kullanılacak tensörler belirlenmiştir. Mikromekanik ve makromekanik özellikleri incelenerek lamine malzemenin özellikleri bulunmuştur.İkinci kısımda yüksek basınçlı alüminyum iç çeperli karbon fiber kompozit sarmal hidrojen depolama tankı için teorik olarak belirlenmiş olan formüller yardımıyla karbon fiber lamine dış kabuğun hasar analizlerinde bulunabilmek için karbon fiber matrisli bir malzeme seçilerek uzama katsayıları hesaplanıştır. Seçilen malzemenin çekme mukavemeti yardımıyla minimum cidar kalınlıkları hesaplanmıştır. Sonlu elemanlar hesaplamaları yapan ANSYS programına bu veriler girilerek hasar analizleri yapılmış ve sonuçlar elle yapılan hesaplamalara uygun olarak bulunmuştur.Tasarıma uygun olan bu malzemede, hesaplanan dış kabuk kalınlıklarında (cidar) seçilen malzemeden yapılan yüksek basınçlı tankın, DOE (Amerika Birleşik Devletleri Enerji Departmanı) 2010 hedefleri uyarınca hacimce yoğunluk ve ağırlıkça yoğunluk, 10 MPa dan 100 MPa a kadar olan basınçlardaki analizleri yapılarak sonuçlar grafiklere aktarılmıştır.In this study, carbon fiber filament wound high pressure hydrogen storage composite tanks are studied in two main headings. The results are driven to optimize the storage capacity of the high pressure tank.First of these main headings are theoretical investigation of the micromechanics and macromechanics of the laminates and the theoretical investigation of thin and thick wall cylindrical storage tanks. Mathematically stresses and strains are acquired and tensors for analytical solutions are determined.The second part of the thesis is aluminum linered carbon fiber composite storage tank is analytically experimented according to material properties of the carbon fiber Tsai-Wu and Von Misses failure analysis are applied to the model.The minimum wall thicknesses are determined by the help of the tensile strength of the material. And by the help of ANSYS finite element modeling software program the model is subjected to itinerary stresses to find the maximum strain of the laminate model and the solutions are checked corresponding to analytical solutions of the model.According to American Department of Energy (DOE) target 2010 maximum volume and maximum weight of the high pressure storage system is specified, according to those specification hydrogen storage tank is evaluated under pressures from 10MPa to 100MPa with 10MPa of pressure risings and the maximum hydrogen masses that the cylinders can store are determined.