Yüksek basınçlı hidrojen depolama tanklarında kullanılan malzemelerin kırılma analizi

Bu 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.