Dikişsiz Metal Astarlı ve Kompozit Sargılı Yüksek Basınç Tankı Tasarımı

Year 2009, Volume: 1 Issue: 2, 53 - 60, 15.06.2009

Barış Kalaycıoğlu M. Hüsnü Dirikolu

Abstract

Bu çalısmada ağ analizi ve klasik katman teorisi yardımıyla TSE tarafından Tip 3 olarak isimlendirilen [1] dikissiz metal astarlı ve kompozit sargılı basınç tankının patlama basıncına göre tasarımı yapılmıstır. Çalısmada Tsai-Wu hasar kriteri esas alınmıs olup, metal astar için hasar durumu plastik akmanın basladığı an ve kompozit kısmın hasar durumu ise fiber kopması olarak düsünülmüstür. Tasarımda ilk olarak ağ analizinden elde edilen kompozit katman kalınlıkları temel alınarak simetrik ve simetrik olmayan plaka düzenleri için helisel ve teğetsel kısımların birbiri arasındaki kalınlık değisiminin patlama basıncına ve teğetsel sekil değistirmelere etkisi incelenmistir. Daha sonra ağ analizi ile elde edilen patlama basıncı değeri simetrik ve simetrik olmayan plaka düzenleri için katman teorisi ile bulunan maksimum patlama basıncı değerleri ile karsılastırılmıstır. Son olarak metal astarın kompozit kısmın kalınlığı ile orantılı olarak kalınlık değisiminin yine patlama basıncına ve teğetsel sekil değistirmelere etkisi incelenmistir. Hesaplamalarda 28 lt’lik basınç tankı seçilmis, tankın metal astarı için 34CrMo4 çeliği ve kompozit kısmı için AS-3501 karbon fiberi ve epoksi reçinesi kullanılmıstır.

Keywords

Basınçlı Kap, Kompozit, Ağ Analizi, Kompozit Levha Teorisi

Dikişsiz Metal Astarlı ve Kompozit Sargılı Yüksek Basınç Tankı Tasarımı

Abstract

In this study, Type 3 metal lined and filamentwound composite pressure vessel is designed with respect to burst pressure by using netting analysis and classical lamination theory. Failure analysis was based on the Tsai-Wu failure criterion. Plastic yielding and fiber breakage failure mechanisms were assumed for the metal liner and for composite part, respectively. The pressure vessel is 28 liters in water volume; 34CrMo4 steel material for metal liner and AS–3501 carbon / epoxy for over wrap composite were selected. Results from netting analysis were accepted as basis for symmetric and anti-symmetric plates dimensions. The effect of helical and hoop winding thicknesses variations on burst pressure and hoop strain changes were investigated at first. Later, the burst pressure obtained from netting analysis was compared with the maximum burst pressure values calculated via symmetrical and non-symmetrical approaches. Lastly, metal lined and composite part thickness ratio variation effects on burst pressure and hoop strain changes were investigated.

Keywords

Basınçlı Kap, Kompozit, Ağ Analizi, Kompozit Levha Teorisi

References

• [1] “Gaz tüpleri – Yüksek Basınçlı – Motorlu Tasıtlarda Yakıt Olarak Kullanılan Doğal Gazın Depolanması Đçin” TS EN ISO 11439, ICS 23.060.30;43.060.40 [2] T. Y. Kam, Y. W. Liu & E T. Lee, “First-ply failure strength of laminated composite pressure vessels” Composite Structures Vol. 38, No. l-4, pp. 65-70 [3] J. M. Lifshitz, H. Dayan, “Filament-wound pressure vessel with thick metal liner” Composite Structures, 32 (1995) 313–323 [4] Hisao Fukunaga and Masuji Uemura, “Optimum Design of Helically Wound Composite Pressure Vessels” Composite Structures 1 (1983) 31-49 [5] M. Xia, H. Takayanagi, K. Kemmochi, “Analysis of Multi-Layered Filament-Wount Composite Pipes Under Internal Pressure”, Composite Structures 53 (2001) 483-491 [6] R.R. Chang, “Experimental and theoretical analyses of ®rst-ply failure of laminated composite pressure vessels “ Composite Structures 49 (2000) 237-243 [7] B. Balya, “Design And Analysis Of Filament Wound Composite Tubes” ODTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek lisans tezi, Ankara 2004. [8] A. Önder, “Fırst Faılure Pressure of Composıte Pressure Vessels”, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, ĐZMĐR, Subat 2007. [9] Mark J. Warner, David J. Son, George A. Berkley ve Andrew C. Haaland, “Development and Certification of Two-cell Conformable CNG and Compressed Hydrogen Tanks”, American Institute of Aeronautics & Astronautics, 2001. [10] Mil-Hdbk-17-3E, DOD Coordination Working Draft, 1998. [11] Cho-Chung Liang, Hung-Wen Chen, Cheng-Huan Wang “Optimum Design Of Dome Contour For Filament- Wound Composite Pressure Vessels Based On A Shape Factor” Composite Structures, 58 (2002) 469–482 [12] L. P. Kollar, George S. Springer, “ Mechanics of Composite Structures”, Cambridge University Press 2003 [13] Ronald F. Gibson, “Principles of Composite Material Mechanics” McGraw-Hill, Inc., New York, 1994. [14] Mark E. Tuttle, “Structural Analysis of Polymeric Composite Materials”, Marcel Dekker, Inc. 2004 [15] Jones RM.Mechanics of composite materials. McGRAW-Hill, Co.; 1975.