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- 1.4 Prozessanalytik (1)
Eingeladener Vortrag
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Die Präsentation ist der Startschuss für die Wasserstoffkolloquien der BAM. Sie beginnt mit Adolf Martens und zeigt den Weg vom Foresight-Prozess Wasserstoff bis zum Kompetenzzentrum H2Safety@BAM. Es werden die Kompetenzfelder vorgestellt und die handelnden Personen. Dies leitet über zu den drei Vorträgen des Tages und den Vortragenden.
Durch Anwendung der Monte-Carlo-Simulation auf das SPC-Arbeitsdiagramm der BAM lässt sich darstellen, in welchem Umfang aktuelle Mindestanforderungen in den Zulassungsvorschriften bereits im Neuzustand Baumuster akzeptieren, die keine hirneichende Zuverlässigkeit (Sicherheit) aufweisen. Dies ist hier exemplarisch u. a. am Beispiel der Wasserstofffahrzeug-GTR dargestellt.
Die aktuelle Praxis, auch die wiederkehrende Prüfung von Druckgefäßen aus Verbundwerkstoffen primär auf die hydraulische Innendruckprüfung abzustellen, ist sowohl hinsichtlich der Schädigung der Prüfmuster als auch ihrer Aussagekraft kritisch zu bewerten. Entsprechend wird nach einem Ansatz gesucht, auch durch betriebsbegleitende zerstörende Prüfungen eine aussagekräftige Zustandsbeschreibung der Population eines Baumusters zu erhalten. Für die Bewertung der Ergebnisse aus diesen Prüfungen wird eine Methode zur statistischen Auswertung vorgestellt, die es erlaubt, die Extrapolation von Zuverlässigkeitslinien auch auf relativ kleine Stichproben aufzubauen und so das Ende der sicheren Gebrauchsdauer auf der Basis von Grenzwerten für Mindestlast und maximal zulässiger Ausfallwahrscheinlichkeit auf systematische wie auch konservative Weise zu determinieren.
Due to high specific stiffness, fibre reinforced plastics are the dominant material group for the design of mobile pressure vessels. At the Federal Institute of Materials Research and Testing (BAM) aging process of composite pressure vessels is studied to be able to give more accurate lifetime predictions in future. Investigations are based on type III breathing air cylinders consisting of an aluminium tank which is fully wrapped with carbon fibre reinforced plastics. Goal is to detect changes of residual stresses over life time which directly affect fatigue strength. Within this paper an approach is presented to monitor residual stresses via an experimental modal analysis (EMA). First, the influence of changed stress conditions on modal parameters is analysed via a numerical study. Secondly, a test bench for an EMA is set up. To be able to analyse cylinders of different prestress condition, several specimens are prestress modified via high-temperature and high-pressure treatment. During modification processes, specimens are monitored via optical fibres to control prestress modifications. Through experimental measurements of the modified specimens via EMA changes in prestressing can be detected. Finally, validity and accuracy of the EMA is evaluated critically by comparing all numerically and experimentally obtained data.
Der Vortrag zeigt den Weg des Themas Wasserstoff von Adolf Martens bis zum Kompetenzzentrum H2SafetyBAM, die zugehörigen Kompetenzfelder, deren Ziele und verantwortliche Personen.
Der Hauptteil reflektiert den Aspekt des Markthochlaufes von Wasserstofftechnologien und zeigt einen Maßnahmenkatalog von der Risikosteuerung über die Konsequenzbegrenzung bis zu probabilistische Ansätzen in der Bewertung von Prüfergebnissen und der Wirkung von Mindestanforderungen.
Aspekte der Restfestigkeitsermittlung von Composite-Druckgefäßen mittels hydraulischer Prüfung
(2011)
Die aktuelle Praxis, auch die wiederkehrende Prüfung von Druckgefäßen aus Verbundwerkstoffen primär auf die hydraulische Innendruckprüfung abzustellen, ist kritisch bezüglich der Schädigung der Prüfmuster und ihrer Aussagekraft zu bewerten. Entsprechend wird nach einem Ansatz gesucht, auch durch betriebsbegleitend zerstörende Prüfungen eine aussagekräftige Zustandsbeschreibung der Population eines Baumusters zu erhalten. Im Beitrag werden erste Ergebnisse aus Prüfungen zur Ermittlung der Restlebensdauer von Composite-Druckgefäßen dargestellt und zunächst qualitativ diskutiert. Es wird erkennbar, dass die hydraulische LW-Prüfung durchaus geeignet ist, die Restlebensdauer von Baumustern mit metallischem Liner zu bewerten. Hierbei darf die Lastwechselzahl aus der hydraulischen Prüfung aber nicht als Füllzyklenzahl interpretiert werden. Außerdem können anhand der Ergebnisse die Möglichkeiten zur Restlebensdauerermittlung an lastwechselunempfindlichen Baumustern ohne metallische Liner deutlich eingegrenzt werden, was eine Konkretisierung möglicher Verfahren erlaubt; wenn dies auch an dieser Stelle noch keine Lösung bietet.
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.
Composite materials show a degradation of properties depending on service life. This creates the necessity to find tailored methods to determine strength and residual strength of composite cylinders. The determination can be done e.g. by load cycles tests. The result needs a statistical assessment for the precise description of strength. Especially the statistical assessment of load cycle strength properties has a high uncertainty. It is unclear if a Log-Normal distribution, a WEIBULL distribution or others, describe the scatter behaviour of residual strength properties correctly.
Distribution functions aim at approximating the frequency of occurrence of residual load cycle strength for high survival rates. An assumption has to be found and confirmed to prevent over-estimation of reliability.
Verkehrsunfälle unter Beteiligung von Fahrzeugen mit alternativen Kraftstoffen wie LPG („Autogas“, Liquefied Petroleum Gas), CNG (Compressed Natural Gas, komprimiertes Erdgas) oder CGH2 (Compressed Gas Hydrogen, komprimierter Wasserstoff), bergen neue, komplexe Risiken für Passagiere, Einsatzkräfte und deren Umfeld. Im Rahmen des Projektes „CoFi-ABV“ beschäftigt sich die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) unter Berücksichtigung komplexer Brand- und Explosionsszenarien mit einer ganzheitlichen Betrachtung der Auswirkungen des unfallbedingten Versagens von Gasbehältern für alternative Kraftstoffe. Ein wichtiger Teil des Forschungsvorhabens umfasst Entwicklung, Aufbau und Validierung einer unbemannten Flugplattform (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) zur Ferndetektion von Gaswolken. Für das sogenannte gassensitive Mini-UAV wird ein robuster Open-Path-Gasdetektor auf einer Sensorbewegungsplattform in Form eines modifizierten Kamera-Gimbals, integriert. Ziel ist es, ein leistungsfähiges und robustes Werkzeug zu entwickeln, welches Einsatzkräften im Falle eines Unfalls als Hilfe zur Abschätzung der Gefahr durch Gaswolken, ihrer Ausbreitung und der notwendigen Absperrbereiche zur Verfügung steht. Dieser Artikel ist der zweite der Reihe und legt, nach Projektvorstellung im ersten Teil, nun den Schwerpunkt auf das gassensitive Mini-UAV.