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Investigation of Fiber Volume Fraction as Key Parameter in Cryogenic Hydrogen Tank Development

Appels, Jonas und Sämann, Philipp und Naumann, Jonas und Brauer, Christoph und Stefaniak, Daniel und Atli-Veltin, Bilim und Dransfeld, Clemens (2025) Investigation of Fiber Volume Fraction as Key Parameter in Cryogenic Hydrogen Tank Development. In: SAMPE 2024 Conference and Exhibition. SAMPE 2025, 2025-05-19 - 2025-05-22, Indianapolis, USA. doi: 10.33599/nasampe/s.25.0109. ISBN 978-193455145-5. ISSN 0892-2624.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
27MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.33599/nasampe/s.25.0109

Kurzfassung

In developing Type V hydrogen tanks for energy storage in commercial airliners, the key design criterion is maintaining leak-tightness under cryogenic conditions. A concern is that anomalies in the laminate could cause microcracks, potentially compromising leak-tightness. This study investigates how resin flow, caused by mandrel expansion during curing, creates a gradient in the local fiber volume fraction (FVF) along the laminate thickness. An experimental study was performed comparing two resin systems, Hexcel 6376 and Teijin Q183. Cylindrical specimens were manufactured incorporating piezoresistive sensors to measure contact pressure at the mandrel-laminate interface during the autoclave cycle, serving as an indicator of resin flow and FVF variation. Micrographs of the specimen were taken, and a machine learning-based segmentation model was used to detect fibers and resin in the images, enabling calculation of the local FVF. The results show distinct through-the-thickness gradients in FVF for both laminates with a spread of 11.6 %pt. for Hexcel 6376 and 4.5 %pt. for Teijin Q183. These observations could be correlated to the processing characteristics of the two systems and therefore provide valuable insights for developing strategies to minimize FVF gradients in the design of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) tanks for liquid hydrogen.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222262/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Investigation of Fiber Volume Fraction as Key Parameter in Cryogenic Hydrogen Tank Development
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Appels, Jonasjonas.appels (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-4357-011X203710147
Sämann, PhilippPhilipp.Saemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naumann, Jonasj.naumann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-4008-0821NICHT SPEZIFIZIERT
Brauer, ChristophChristoph.Brauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2913-0768NICHT SPEZIFIZIERT
Stefaniak, DanielDaniel.Stefaniak (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8192-7454NICHT SPEZIFIZIERT
Atli-Veltin, BilimDelft University of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dransfeld, ClemensDelft University of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2025
Erschienen in:SAMPE 2024 Conference and Exhibition
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.33599/nasampe/s.25.0109
ISSN:0892-2624
ISBN:978-193455145-5
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cryogenic Tank, Hydrogen, Permeability, Resin Flow, Fibre Volume Fraction, Anomalies, Thermal Expansion, CTE, Mandrel, Autoclave, Automated Fibre Placement, AFP, CFRP
Veranstaltungstitel:SAMPE 2025
Veranstaltungsort:Indianapolis, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 Mai 2025
Veranstaltungsende:22 Mai 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Produktionstechnologien
Standort: Stade
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Produktionstechnologien SD
Hinterlegt von: Appels, Jonas
Hinterlegt am:27 Jan 2026 10:54
Letzte Änderung:27 Jan 2026 10:54

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