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Analytical and numerical approach to determine effective diffusion coefficients for composite pressure vessels

Ebermann, Michael und Bogenfeld, Raffael Marius und Kreikemeier, Janko und Glüge, Rainer (2022) Analytical and numerical approach to determine effective diffusion coefficients for composite pressure vessels. Composite Structures, 291 (115616). Elsevier. doi: 10.1016/j.compstruct.2022.115616. ISSN 0263-8223.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822322004019?via%3Dihub

Kurzfassung

To enable the pressurised hydrogen storage, the leak tightness of the pressure tank has to be assessed. For liner-less tanks made of composite material, this assessment has to be conducted for the inhomogeneous composite laminate. In this work, we derive and compare three different homogenisation methods to obtain the effective permeation coefficients for hydrogen permeation through composite laminates: the Wiener bounds, the Hashin-Shtrikman bounds and a numerical finite element calculation of a representative volume element (RVE). A comparison of the methods shows that the Hashin-Shtrikman bounds give the most satisfactory results. As the leak-tightness of composite tanks is severely reduced by cracks, we further include the effect of inter-fibre cracks through a second homogenisation procedure. Through a combination of the upper and the lower Wiener bounds, it is possible to estimate the influence of the crack volume on the effective permeability. The results shows that matrix cracking should be avoided entirely to ensure the leak-tightness.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/186314/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analytical and numerical approach to determine effective diffusion coefficients for composite pressure vessels
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ebermann, MichaelUniversität MagdeburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bogenfeld, Raffael MariusRaffael.Bogenfeld (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3883-269XNICHT SPEZIFIZIERT
Kreikemeier, JankoJanko.Kreikemeier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3898-7344NICHT SPEZIFIZIERT
Glüge, RainerUniversität MagdeburgNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Juli 2022
Erschienen in:Composite Structures
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:291
DOI:10.1016/j.compstruct.2022.115616
Verlag:Elsevier
ISSN:0263-8223
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Effective coefficients Diffusion Permeation Composite laminate Homogenisation Bounds Hydrogen storage vessel Liner-less Inter-fibre fracture
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung, L - keine Zuordnung
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik > Strukturmechanik
Hinterlegt von: Bogenfeld, Raffael Marius
Hinterlegt am:16 Mai 2022 08:47
Letzte Änderung:19 Mai 2022 12:42

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