TY - JOUR A1 - Mair, Georg A1 - Becker, B. A1 - Gesell, Stephan A1 - Wang, Bin T1 - Monte-Carlo-analysis of minimum load cycle requirements for composite cylinders for hydrogen JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - Hydrogen is an attractive energy carrier that requires high effort for safe storage. For ensuring safety, storage cylinders must undergo a challenging approval process. Relevant standards and regulations for composite cylinders used for the transport of hydrogen and for its onboard storage are currently based on deterministic (e.g. ISO 11119-3) or to some respect semi-probabilistic criteria (UN GTR No. 13; with respect to burst strength). This paper provides a systematic analysis of the load cycle properties resulting from these regulations and standards. Their characteristics are compared with the probabilistic approach of the Federal Institute for Materials Research and Testing BAM. The most important aspect of comparing different concepts is the rate for accepting designs with potentially unsafe or critical safety properties. This acceptance rate is analysed by operating Monte-Carlo simulations over the available range of production properties. T2 - ICHS 2017 CY - Hamburg, Germany DA - 11.09.2017 KW - Safety assessment KW - Failure rate KW - Ageing KW - Degradation KW - End of life KW - Production scatter PY - 2018 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.09.185 SN - 0360-3199 VL - 44 IS - 17 SP - 8833 EP - 8841 PB - Elsevier Ltd AN - OPUS4-46341 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mair, Georg A1 - Gesell, Stephan T1 - Betriebsfestigkeit von Composite-Wasserstoffspeichern – Ansatz zur Simulation der Auswirkung der erstmaligen Prüfung N2 - Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen. Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht. Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen. So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen. Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind. T2 - 29. Tagung Technische Zuverlässigkeit- 2019 (02TA502019) CY - Nürtingen bei Stuttgart, Germany DA - 07.05.2019 KW - Mindedestberstdruck KW - Alterung KW - Betriebsfestigkeit KW - Restberstfestigkeit KW - Aussonderugnsrate PY - 2019 AN - OPUS4-48023 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wang, Bin A1 - Mair, Georg A1 - Gesell, Stephan T1 - Determination of Distribution Function used in MCS on Safety Analysis of Hydrogen Pressure Vessel T2 - ICHS (International Conference on Hydrogen Safety) 2019 - Proceedings N2 - The test data of static burst strength and load cycle strength of composite pressure vessels are often described by GAUSSian normal or WEIBULL distribution function to perform safety analyses. The goodness of assumed distribution function plays a significant role in the inferential statistics to predict the population properties by using limited test data. Often, GAUSSian and WEIBULL probability nets are empirical methods used to validate the distribution function; Anderson-Darling and Kolmogorov-Smirnov tests are the mostly favorable approaches for Goodness of Fit. However, the different approaches used to determine the parameters of distribution function lead mostly to different conclusions for safety assessments. In this study, six different methods are investigated to show the variations on the rates for accepting the composite pressure vessels according to GTR No. 13 life test procedure. The six methods are: a) Norm-Log based method, b) Least squares regression, c) Weighted least squares regression, d) A linear approach based on good linear unbiased estimators, e) Maximum likelihood estimation and f) The method of moments estimation. In addition, various approaches of ranking function are considered. In the study, Monte Carlo simulations are conducted to generate basic populations based on the distribution functions which are determined using different methods. Then the samples are extracted randomly from a population and evaluated to obtain acceptance rate. Here, the “populations” and “samples” are corresponding to the burst strength or load cycle strength of the pressure vessels made from composite material and a plastic liner (type 4) for the storage of hydrogen. To the end, the results are discussed, and the best reliable methods are proposed. T2 - ICHS International Conference on Hydrogen Safety) 2019 CY - Adelaide, Australia DA - 24.09.2019 KW - Monte-Carlo Simulation KW - Distribution function KW - Weibull Distribution PY - 2019 SP - 103-1 EP - 103-16 AN - OPUS4-50383 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mair, Georg A1 - Gesell, Stephan T1 - Betriebsfestigkeit von Composite-Wasserstoffspeichern Erster Ansatz zur Simulation der Auswirkung der erstmaligen Prüfung T2 - VDI-Berichte 2345 N2 - Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen. Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht. Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen. So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen. Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind. T2 - 29. Fachtagung Technische Zuverlässigkeit 2019 CY - Nürtingen, Germany DA - 07.05.2019 KW - Alterung KW - Berstdruck KW - Streuung KW - Degradation KW - statistische Auswertung KW - ausfgallfreie Lastwechsel PY - 2019 SN - 978-3-18-092345-1 SN - 0083-5560 SP - 223 EP - 234 PB - VDI-Verlag GmbH CY - Düsseldorf AN - OPUS4-50181 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Jacobasch, Stefan A1 - Duffner, Eric A1 - Goedecke, Thomas A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Mair, Georg A1 - Schendler, Thomas A1 - Gradt, Thomas A1 - Askar, Enis A1 - Bartholmai, Matthias A1 - Schröder, Volkmar A1 - Maiwald, Michael A1 - Holtappels, Kai A1 - Tschirschwitz, Rico A1 - Neumann, Patrick P. T1 - Unser Beitrag zum Thema Wasserstoff N2 - Die BAM ist nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg wissenschaftlich tätig. Von der sicheren und effizienten Wasserstofferzeugung (POWER-to-GAS), über die (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff in Druckgasspeichern bis hin zum Transport bspw. mittels Trailerfahrzeug zum Endverbraucher. Komplettiert werden die Aktivitäten der BAM durch die sicherheitstechnische Beurteilung von wasserstoffhaltigen Gasgemischen, die Verträglichkeitsbewertung von Werkstoffen bis hin zur Detektion von Wasserstoffkonzentrationen über geeignete Sensorik, auch mittels ferngesteuerter Messdrohnen (sog. UAV-Drohnen). Zudem untersucht die BAM proaktiv Schadensrisiken und Unfallszenarien für die Sicherheitsbetrachtung, um mögliche Schwachstellen aufzeigen und potenzielle Gefährdungen erkennen zu können. KW - Wasserstoff KW - Wasserstofferzeugung KW - Energiespeicherung KW - Gasdetektion KW - Risikoanalyse KW - Power-to-Gas KW - Explosionsschutz KW - Tribologie KW - Druckgasspeicher KW - Glasspeicher KW - Gassensorik KW - Mini-UAV PY - 2019 SP - 1 CY - Berlin AN - OPUS4-47960 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Mair, Georg A1 - Bock, Robert A1 - Günzel, Stephan A1 - Gesell, Stephan T1 - Monte-Carlo-Analysis of Minimum Burst Requirements for Composite Cylinders for Hydrogen Service T2 - International Conference on Hydrogen Proceedings Safety N2 - For achieving Net Zero-aims hydrogen is an indispensable component, probably the main component. For the usage of hydrogen, a wide acceptance is necessary, which requires trust in hydrogen based on absence of major incidents resulting from a high safety level. Burst tests stand for a type of testing that is used in every test standard and regulation as one of the key issues for ensuring safety in use. The central role of burst and proof test is grown to historical reasons for steam engines and steel vessels but - with respect for composite pressure vessels (CPVs) - not due an extraordinary depth of outcomes. Its importance results from the relatively simple test process with relatively low costs and gets its importance by running of the different test variations in parallel. In relevant test und production standards (as e. g. ECE R134) the burst test is used in at least 4 different meanings. There is the burst test on a) new CPVs and some others b) for determining the residual strength subsequent to various simulations of ageing effects. Both are performed during the approval process on a pre-series. Then there is c) the batch testing during the CPVs production and finally d) the 100% proof testing, which means to stop the burst test at a certain pressure level. These different aspects of burst tests are analysed and compared with respect to its importance for the resulting safety of the populations of CPVs in service based on experienced test results and Monte-Carlo simulations. As main criterial for this the expected failure rate in a probabilistic meaning is used. This finally ends up with recommendations for relevant RC&S especially with respect to GTR 13. T2 - 9th International Conference on Hydrogen Safety CY - Online meeting DA - 21.09.2021 KW - Hydrogen KW - Burst test KW - Composite pressure vessels KW - Net zero KW - Monte-Carlo-Analysis PY - 2021 SP - 133 EP - 146 PB - IGEM AN - OPUS4-55668 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -