K. Chen, J. Janzen, D. May, A. Gebhard

Die Umstellung auf den alternativen Kraftstoff Wasserstoff erfordert Speichersysteme, die aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff Leichtbaukriterien genugen mussen. Im Zuge dessen erfordert die Entwicklung von linerlosen Drucktanks somit Kenntnisse zur Permeation von Wasserstoff durch Faserverbundwerkstoffe, die simulativ erhalten werden. Zuerst wurde der Einfluss der Modellgrose und -auflosung auf die Diffusionskoeffizienten verschiedener Systeme ermittelt, woraufhin die Auflosung auf 0,2 µm/Voxel und die Grose auf mindestens 200x200x200 µm3, sofern moglich, gesetzt wurde. Bei Laminaten kann die Modellgrose in Diffusionsrichtung auch durch die Dicke der einzelnen Lagen ersetzt werden. Die simulierten Ergebnisse stehen in guter Ubereinstimmung mit den Werten von Flanagan et al. und liegen untern denen von Conde-Wolter et al. Anschliesend wurde der Effekt verschiedener Materialdefekte untersucht, der starkste Anstieg im Diffusionskoeffizienten geht dabei auf einen durch die gesamte Dicke eines Modells durchgehenden, transversalen Riss zuruck. Ein Anstieg des Diffusionskoeffizienten um mehrere Grosenordnungen tritt dabei auch bei sehr kleinen Volumenanteilen auf.

The switch to the alternative fuel hydrogen requires storage systems that must meet lightweight construction criteria due to the physical properties of hydrogen. As a result, the development of linerless pressure tanks requires knowledge of the permeation of hydrogen through fiber composite materials, which is obtained through simulation. First, the influence of model size and resolution on the diffusion coefficients of different systems was determined, after which the resolution was set to 0.2 µm/voxel and the size to at least 200x200x200 µm3, if possible. For laminates, the model size in the direction of diffusion can also be replaced by the thickness of the individual layers. The simulated results are in good agreement with the values of Flanagan et al. and are below those of Conde-Wolter et al. The effect of various material defects was then examined; the greatest increase in the diffusion coefficient is due to a transverse crack running through the entire thickness of a model. An increase in the diffusion coefficient by several orders of magnitude occurs even with very small volume fractions.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2024, Hamburg

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2025

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 8 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2502261229400.195190139558

10.25967/630283

Materialmodell, Wasserstoffspeicherung

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Chen, K.; Janzen, J.; et al. (2025): Materialsimulationen für die Wasserstoffpermeabilität von Drucktankwerkstoffen. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/630283. urn:nbn:de:101:1-2502261229400.195190139558.

26.02.2025