Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe wzmocnione wyplotem z włókna szklanego ze zintegrowanymi czujnikami światłowodowymi

• Autorzy: Hufenbach W. , Czulak A. , Błażejewski W. , Gąsior P.

Warianty tytułu

EN

Braided high pressure vessels with integrated optical sensors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono metodykę wytwarzania prototypowych, wysokociśnieniowych zbiorników kompozytowych, wykonanych nowatorską - w odniesieniu do tego typu konstrukcji - techniką wyplatania włókna ciągłego. Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak: przemysł samochodowy, lotnictwo, służby ratownicze itp. Tak duża popularność zbiorników kompozytowych jest głównie związana ze znaczną redukcją masy tego typu konstrukcji w porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, przy zapewnieniu odpowiednio wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Ciekawym przykładem jest lekki, wysokowytrzymały zbiornik przeznaczony do gromadzenia sprężonych paliw (np. metan lub wodór), niezbędnych do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub bezpośredniego spalania w samochodach, pojazdach specjalistycznych komunikacji miejskiej itp. Zastosowana innowacyjna technologia nakładania wzmocnienia z włókien szklanych w postaci wyplotu pozwoliła na zapewnienie powtarzalności wykonania oraz otrzymanie jakościowo dobrego materiału badawczego, przy porównywalnym czasie wytwarzania do metody nawijania. Do rejestracji pola odkształceń badanych obiektów wykorzystano czujniki światłowodowe (ang. Optical Fiber Sensors, OFS), umożliwiające ciągły (tzw. on-line) bądź też okresowy monitoring ich stanu technicznego. W trakcie procesu wyplatania zbiorników pomiędzy ostatnimi warstwami wzmocnienia zainstalowane zostały dwa rodzaje czujników OFS. Zastosowano czujniki punktowe w postaci światłowodowych siatek Bragga (FBG) oraz światłowodowe czujniki interferometryczne o długich ramionach pomiarowych (SOFO). Dodatkowo zainstalowano referencyjne czujniki FBG na zewnętrznej powierzchni zbiornika.

EN

In this paper, manufacture methodology of prototyping high-pressure composite vessel, manufactured with novel technique of braiding; according to this construction type is shown. High pressure composite vessels find broad application in many areas as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and strong weight reduction make composite vessels popular in novel technologies. An interesting example is a lightweight, high pressure vessel destined to store compressed fuels like methane or hydrogen. These gases are necessary to supply the fuel cell (mainly H2) or to direct burning in the cars, special mobiles and different equipments (ex. Stationary power generator etc.). But the novel high-pressure composite vessel needs a very efficient manufacturing process and precise monitoring system. The novel braiding technology of glass fiber reinforcement structures has high potential to fabricate near-net-shaped fiber preforms of complex shaped composite vessels and allow to accelerate manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. The optical fiber sensors were used to register deformation areas, enabling their on-line or periodical technical monitoring. During braiding process, between last reinforcement layers, two types of optical fiber sensors were installed. Point sensors in form of Fiber Bragg Gratings as well as optical interferometrical sensors with long measure-ment arms (SOFO) were used. A FBG are novel optical sensors recorded within the core of the standard optical fiber. Addi-tional optical fibre sensors in form of FBGs for reference measurement were installed on the outer surface of pressure vessel.

Słowa kluczowe

PL

zbiornik kompozytowy wysokociśnieniowy; kompozyt wyplatany; własności mechaniczne; badania wytrzymałościowe; GFRC; kompozyt wzmocniony włóknem szklanym; próbka rurowa; czujnik światłowodowy; FBG; SOFO

EN

high pressure composite vessels; braiding composite; mechanical properties; strength tests; GFRC; glass fibre reinforced composite; tube specimen; optical fibre sensors; FBG; SOFO

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 2
• Strony: 107--111
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Hufenbach W.

autor

Czulak A.

autor

Błażejewski W.

autor

Gąsior P.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Dürerstraße 26, Dresden D-01062, Germany,

Bibliografia

• [1] Peters S.T., Handbook of Composites, 2. ed., Chapman & Hall, London.
• [2] Sharpless G.C., Triaxial Braiding, Composites manufacturing, October 2005.
• [3] Czulak A., Hufenbach W., Błażejewski W., Gasior P., Ba-dania porównawcze kompozytowych próbek rurowych, XXIII Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej Ciała Stałego, Jachranka 2008.
• [4] Yu F., Yin S., Fiber Optic Sensors, Marcel Dekker, Inc., New York 2002.
• [5] Blazejewski W., Gasior P., Kaleta J., Sankowska A., Optical fiber sensors integrated with composite material based constructions, Proc. SPIE 6608 - Lightguides and Their Applications III, 660802, 2007.
• [6] Glisic B., Inaudi D., Health monitoring of a full composite CNG tanks using long-gage fiber optic sensors, 11th SPIE's Annual International Symposium on Smart Structures and Materials, Vol. 5384-7, March 14-18, 2004, San Diego.
• [7] Inaudi D. i in., Low-coherence deformation sensors for the monitoring of civil engineering structures, Sensors and Actuators 1994, A 44, 125-130.