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Ein wesentlicher Aspekt der Prognose der sicheren Restlebensdauer ist die möglichst differenzierte Erfassung von Restfestigkeiten. In Fällen, in denen diese nicht mittels hydraulischer Lastwechselprüfungen abgeschätzt werden kann, bleiben als Ersatz die Zeitstands- oder die Berstprüfung. Als Kombination aus diesen beiden Prüfungen schlägt die BAM die langsame Berstprüfung vor. Die Vielzahl von bereits veröffentlichten Ergebnissen zu diesem Prüfkonzept werden hier um die Werte der extrem langsamen Berstprüfung (ca. 1 000 h kontinuierlicher Druckanstieg) ergänzt. Dies führt zu der eindeutigen Empfehlung, die heute üblicherweise schnellen Berstprüfungen zum Nachweis der Festigkeit von Composite-Druckgefäßen am besten ganz durch die langsame Berstprüfung zu ersetzen.
In dem aktuell laufenden EU-Projekt HyComp wurde das bereits
beim 18. Kolloquium Schallemission vorgestellte Verfahren zur Qualitätssicherung
von Faserverbund-Druckbehältern mittels Schallemissionsprüfung an weiteren
Baumustern zweier verschiedener Behältertypen getestet.
Die vorgestellte Methodik beruht auf Merkmalen und zulässigen Grenzwerten,
die aus Schallemissionsverläufen bei der Erstdruckprüfung (Druckbehälter mit
Kunststoffliner) bzw. dem Autofrettageprozess (Druckbehälter mit metallischem
Liner) eines Baumusters abgeleitet werden.
Es wird an einer Anzahl Druckbehälter aus der Serienproduktion eine
Referenzkurve mit den mittleren Merkmalswerten und deren Streuung ermittelt.
Damit ist das Verfahren zur Druckprüfung dieses Baumusters anwendbar.
Um die Zuverlässigkeit des Verfahrens zu untersuchen, wurden Druckbehälter
mit bewusst eingebrachten künstlichen Fertigungsfehlern untersucht.
Alle geprüften Behälter wurden im Anschluss an die SE-Druckprüfung
zerstörend geprüft, um Aussagen über die Auswirkungen der eingebrachten Fehler
im Vergleich zu den Behältern aus der normalen Produktion treffen zu können.
In dem genannten EU- Projekt wurde das Verfahren an den beiden in der
Automobilindustrie gängigen Behältertypen getestet, in einem Fall auch unter
Fertigungsbedingungen beim Hersteller.
THE SLOW BURST TEST AS A METHOD FOR PROBABILISTIC QUANTIFICATION OF COMPOSITE CYLINDER DEGRADATION
(2013)
The current practice of periodic retesting of composite pressure receptacles primarily based on the hydraulic pressure test has to be evaluated as critical.
This is justified by micro damages caused to the specimen by the test
itself and by a lack of informative values. Thus, BAM Federal Institute of Materials Research and Testing uses a new validation approach in the case of retest periods of more than 5 years. It enables the description of the condition of a specific design type series based on destructive tests parallel to operation. With respect to this approach it is explained how the statistical evaluation of sample tests and their extrapolation to end of life or at least to the time of next retesting can be achieved. In addition, it is explained how the reliability limits may be linked to the size and pressure level of the respective composite pressure receptacle. The frame of this safety Approach includes the influence of the maximum working pressure on the safety assessment.
One topic of this approach is the introduction of the working diagram
essential for safety assessments that allows graphical evaluation of load cycle strength by mean value, scatter and survival rate of samples as well as instruction how to use it. For this, it is explained how the number of filling cycles and the reduction of the respective hydraulic residual cycle strength interacts with the newly introduced value of specific filling sensitivity.
Druckbehälter aus Faserverbundwerkstoffen werden unter anderem für die Speicherung von Erdgas in Fahrzeugen genutzt. Sie erfordern zuverlässige und effiziente Methoden der Qualitätssicherung während der Fertigung und des Betriebs, um ein möglichst hohes Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Die in diesem Beitrag vorgestellte, auf Schallemissionen beruhende Prüfmethodik wurde entwickelt und patentiert, um unter typischen Fertigungsbedingungen angewendet zu werden.
Die Methoden der Sicherheitsbeurteilung von Druckgefäße aus Verbundwerkstoffen werden zunehmend verfeinert, um Material und damit auch Kosten sparen zu können. So steht auch der Mindestberstdruck als eine der Basisforderungen in den relevanten Normen in der Diskussion. Im Beitrag wird dargestellt, wie die Anforderungen nach Norm unter Berücksichtigung der realen Streuung der Festigkeitseigenschaften nach dem Kriterium einer Mindestzuverlässigkeit prinzipiell zu bewerten sind. Im Ergebnis wird abgeleitet, dass eine quantitative Reduzierung bei Beibehaltung des Charakters der Anforderung sicherheitstechnisch bedenklich ist. Der Ansatz, die Sicherheit von Composite-Druckgefäßen nach dem Kriterium eines Mindestberstdrucks anhand einzelner Prüfmustern nachzuweisen, ist weder eine notwendige noch eine hinreichende Bedingung für ein sicheres Baumuster. Das Potenzial zur Materialeinsparung kann nur durch Umstellung der Sicherheitsnachweise auf ein probabilistisches Verfahren genutzt werden.
The strength of unidirectional elastic fibre composites is shown to depend on the loading rate as the viscoelastic nature of the matrix results in a fall in breaking load as the rate is reduced. The simulation of the accumulation of fibre breaks leading to failure, takes into account all physical phenomena involved fibre failure, including the stochastic nature of fibre strength, stress transfer through the matrix between reinforcements, interfacial debonding and the viscoelastic nature of the matrix. The kinetics of composite failure are seen to involve the initial formation of random fibre breaks which at higher loads coalesce into clusters of broken fibres. The rate at which this occurs depends on the viscoelastic properties of the matrix. These results have been shown to closely mirror the behaviour of carbon fibre composite pressure vessels.
The current practise of focusing the periodic retesting of composite cylinders primarily on the hydraulic pressure test has to be evaluated as critical - with regard to the damage of the specimen as well as in Terms of their significance. This is justified by micro damages caused to the specimen by the test itself and by a lack of informative values. Thus BAM Federal Institute of Materials Research and Testing (Germany) uses a new approach of validation of composite for the determination of re-test periods. It enables the description of the state of a population of composite cylinders based on destructive tests parallel to operation.
An essential aspect of this approach is the prediction of residual safe service life. In cases where it cannot be estimated by means of hydraulic load cycle tests, as a replacement the creep or burst test remains. As a combination of these two test procedures BAM suggests the 'slow burst test SBT'. On this a variety of about 150 burst test results on three design types of cylinders with plastic liners are presented. For this purpose both, the parameters of the test protocol as well as the nature and intensity of the pre-damage artificially aged test samples are analysed statistically. This leads first to an evaluation of the different types of artificial ageing but also to the clear recommendation that conventional burst tests be substituted
totally if indented for assessment of composite pressure receptacles.