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Organisationseinheit der BAM
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Faserverbundwerkstoffe (Komposite) zeigen außergewöhnliche Veränderungen ihrer Eigenschaften in Abhängigkeit von der Betriebsdauer. Daraus leitet sich auch die Notwendigkeit ab, eine Methode zu finden, die in der Lage ist, Festigkeiten und Restfestigkeiten von Komposit-Druckbehältern zu ermitteln. Dies kann mittels Lastwechselprüfung oder in anderen Fällen vorzugsweise mittels der langsamen Berstprüfung erfolgen. Für eine aussagekräftige Beschreibung der Festigkeit bedürfen die Ergebnisse beider Prüfverfahren einer statistischen Auswertung. Aber insbesondere die statistische Auswertung der berstbezogenen Festigkeitseigenschaften unterliegt neben der Frage der Stichprobengröße einer großen Unsicherheit mit enormen Folgen. Dies ist die Frage, welche Verteilungsfunktion der Streuung der Festigkeitseigenschaft konservativ zugrundegelegt werden darf. So ist zu untersuchen, ob die Gaußsche Normalverteilung (NV) die wahre Verteilung richtig beschreibt. Es könnten aber auch andere Funktionen, wie z. B. die Weibull-Verteilung notwendig sein, um eine Überschätzung der Überlebenswahrscheinlichkeit bzw. Zuverlässigkeit in dem interessanten Bereich von einem Ausfall pro 104 bis 108 Druckbehältern zu vermeiden.
Die aktuelle Praxis, die Sicherheit von Druckgefäßen aus Verbundwerkstoffen auf der Basis von Mindestwerten einzelner Prüfmuster zu bewerten, ist hinsichtlich ihrer Aussagekraft kritisch zu bewerten. Entsprechend wird nach einem Ansatz gesucht, eine aussagekräftige Zustandsbeschreibung der Population eines Baumusters zu erhalten. Für die Berst- und Lastwechselprüfungen wird ein statistischer Ansatz vorgestellt, der eine absolute Zuverlässigkeitsaussage auf Basis von Stichprobenergebnissen erlaubt. Wie hier ausführlich dargestellt wird, ist der Stichprobenumfang von wesentlicher Bedeutung für die Erarbeitung quantitativer Wahrscheinlichkeitsaussagen.
Basics of statistic
(2015)
Basics of statistic
(2017)
Evaluation of test results
(2017)
Conventional approval requirements exclusively ask for minimum strength values, which have to be met. The probabilistic approach estimates how likely none of the comparatively manufactured units fails during operation.
Both questions are juxtaposed and compared here with respect to the load cycle tests. The influence of the sample sizes is discussed additionally.
Hydrogen is an attractive energy carrier that requires high effort for safe storage. For ensuring safety they have to undergo a challenging approval process. Relevant standards and regulations for composite cylinders used for the transport of for on-board storage of hydrogen are currently based on deterministic (e.g. ISO 11119-3) or semi-probabilistic (UN GTR No. 13) criteria. This paper analysis the properties of such methods in regards to the evaluation of load cycle strength. Their characteristics are compared with the probabilistic approach of the BAM. Based on Monte-Carlo simulations, the available design range (mean value and scatter of strength criteria) of current concepts were exemplarily estimated. The aspect of small sample sizes is analysed and discussed with respect to the evaluation procedures.