Structural integrity assessment of type IV hydrogen pressure vessels
Notice bibliographique
Résumé
Hydrogen is emerging as a promising portable energy source to replace fossil fuels in the transportation sector. Compressed gaseous storage in Type IV containers, featuring polymeric liners fully wrapped by layers of carbon fibre-reinforced polymer composites, is of interest for vehicle applications. The layers are oriented in specific directions to provide the necessary strength and rigidity for both internal pressure loads and external mechanical loads. To evaluate the structural integrity and performance of hydrogen containers, a range of tests, including static, impact, and fatigue loadings, are required to ensure the safety of storage tanks under extreme conditions. This paper focuses on the assessment of damage tolerance of composite hydrogen storage tanks through numerical modelling and simulation of fatigue resistance after impact damage. The objective is to facilitate tank design, identify weaknesses, assess the resistance of the container to fatigue failure, and predict potential damage modes.According to the CSA/ANSI HGV 2:23 standard for compressed hydrogen gas vehicle fuel containers, the pressure vessel must undergo drop testing from a height of 1.8 m in several orientations: horizontal, vertical, and titled 45° from the vertical position. After the drop test, the container must not leak or rupture within the first 3000 pressurization cycles. To assess the structural performance of a Type IV pressure vessel design, a finite element modelling methodology, validated through impact tests conducted by Carleton University and the National Research Council Canada, was applied in ABAQUS. The model was able to predict various composite failure modes, including fibre breakage, pull-out, splitting, kinking, crushing, and matrix cracking. The thickness and angle variation of helical layers at the dome region were considered. It was ensured that the design could tolerate an internal pressure of 87.5 MPa, representing 125% of the 70 MPa maximum nominal working pressure specified in the standard. The drop test was simulated using the enhanced LaRC05 failure criteria to predict impact damage. A Python script was then employed to transfer the predicted damage to a new model, where cyclic loading was applied. A progressive fatigue damage model, which accounted for the stress ratio and the effect of loading sequences, was used to ensure accurate damage accumulation prediction. The model effectively predicted the residual stiffness and strength of the material at different locations on the pressure vessel and determined the number of cycles to failure at each location based on the stress level, residual strength, and experienced loading cycles.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».