Fracture analysis of materials used in high pressure hydrogen storage tanks

Basit Öğe Kaydı
dc.contributor.advisorBoğa, Cem
dc.contributor.advisorSeyedzavvar, Mırsadegh
dc.contributor.authorAvcu, Adem
dc.date.accessioned2025-01-06T17:12:06Z
dc.date.available2025-01-06T17:12:06Z
dc.date.issued2024
dc.departmentEnstitüler, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
dc.descriptionFen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
dc.description.abstractBu çalışma, tip III kompozit basınç tankının kırılma tokluğunun belirlenmesine odaklanmıştır. Bu amaçla tip III kompozit basınçlı tanktan alınan numuneler üzerinde belirtilen yöntemlere uygun olarak deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmanın temel amacı klasik dayanım yaklaşımına ek olarak boru veya basınçlı tank gibi dairesel şekilli malzemelerin kırılma tokluğunun doğru bir şekilde belirlenmesidir. Bu amaçla, tankın çember çekme mukavemeti ve kırılma tokluğunu belirlemek için üniversal test makinesinde kullanılmak üzere fikstürler üretildi. Daha sonra basınç tankından alınan numuneler ile bölünmüş disk çekme aparatı (split disk tensile test – SDT) kullanılarak çekme testleri yapılmıştır. Tankın çekme mukavemeti belirlendikten sonra elastisite modülü de belirlenmiştir. Ayrıca tank gövdesi Abaqus ile sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak düz plaka olarak modellenmiş ve deneysel sonuçlarla karşılaştırıldığında elastisite modülü %98,34 doğrulukla tahmin edilmiştir. Çekme testinin ardından tankın kırılma tokluğunu belirlemek için kavisli CT (comapckt tension) numuneleri kullanılarak deneysel çalışmalar yapıldı ve deneysel sonuçlar düz olarak modellenmiş CT sayısal modeliyle karşılaştırıldı. Deneysel ve sayısal mod I gerilme yoğunluk faktörü değerlerinin %2,7 sapma ile birbirine yakın elde edilmiştir. Son olarak PRNB (pipe ring notched bending) yöntemi ile deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmıştır. Bu yöntemin sayısal modeli kullanılarak basınç tankının kırılma tokluğu hesaplanmıştır. Bu model aynı zamanda mod I kritik gerilme yoğunluk faktörüne odaklanarak, çatlak uzunluğunun değişiminin tankın depolama basıncı üzerindeki etkisini araştırmak için de kullanıldı. Çalışmalar sonucunda çatlak uzunluğu/genişlik oranı (a/w) 0,1 olduğunda depolama basıncının 38 MPa olduğu, a/w oranı 0,5 olduğunda depolama basıncının 7 MPa değerine düştüğü belirlendi. Bu sonuçlardan tank gövdesindeki mevcut çatlakların çatlak uzunluğuna bağlı olarak depolama basıncını ciddi şekilde etkilediği sonucuna varılmıştır.
dc.description.abstractThis work focused on determination of fracture toughness of a type III composite pressure tank. For this purpose, experimental and numerical studies were carried out on specimens taken from the type III composite pressure tank in accordance with the specified methods. The main purpose of this study was to accurately determine the fracture toughness of circular shaped materials such as pipes or pressure tanks in addition to the classical strength approach. For this aim, fixtures were manufactured for use in the universal test machine to determine hoop tensile strength and fracture toughness of the tank. Subsequently, split disk test (SDT) were carried out on specimens taken from the pressure tank. After determining the hoop strength of the tank using SDT method, its modulus of elasticity was also determined. In addition, the tank body was modeled as a flat plate with Abaqus using finite element method, and the modulus of elasticity was predicted with 98.34% accuracy with experimental results. Following the hoop tensile test, experimental studies were performed using curved compact tension (CCT) method to determine fracture toughness of the tank and their results compared by flat compact tension (CT) numerical model. The values of the experimental and numerical mode I stress intensity factor were measured that, experimental and numerical mode I stress intensity factor values were found. Consequently, the values found were close to each other with a deviation of 2.7%. Finally, experimental and numerical studies of the pipe ring notched bending (PRNB) method were carried out. Using the numerical model of this method, the fracture toughness of the pressure tank was computed. This model was also used to investigate the effect of varying the crack lengths on the storage pressure of the tank, focusing on the mode I critical stress intensity factor (KIC). As a result of the studies, it was determined that when the crack length to width ratio (a/w ) was 0.1, the storage pressure was 38 MPa, and when the a/w ratio was 0.5, the storage pressure decreased to 7 MPa. From these results it was concluded that the existing cracks in the tank body seriously affected the storage pressure depending on the crack length.
dc.identifier.endpage185
dc.identifier.startpage1
dc.identifier.urihttps://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/TezGoster?key=usXiZIM9Lp0wk-YzRoaT-xIBrFmTkSjEzh_L3fG7re_wsOPs_YGb5AeOEcB_gwBb
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14669/289
dc.identifier.yoktezid884941
dc.language.isoen
dc.publisherAdana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
dc.relation.publicationcategoryTez
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.snmzKA_20241211
dc.subjectMakine Mühendisliği
dc.subjectMechanical Engineering
dc.titleFracture analysis of materials used in high pressure hydrogen storage tanks
dc.title.alternativeYüksek basınçlı hidrojen depolama tanklarında kullanılan malzemelerin kırılma analizi
dc.typeDoctoral Thesis

Dosyalar

Koleksiyon

Lisansüstü Eğitim Enstitüsü Tez Koleksiyonu