Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Manufacturing and pressure tests of braided vessels with integrated optical fiber sensors

Hufenbach W., Gude M., Czulak A., Gąsior P., Kretschmann M.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

454-459

EN

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 to allow an accelerated manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. In this paper, the methodology of prototyping high-pressure composite vessels, manufactured with this novel technique, according to this construction type is shown. High pressure composite vessels have broad applications in many areas such 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 of the gases in cars, special mobiles, and different equipment (ex. Stationary power generator etc.). However, the novel high-pressure composite vessel needs a very efficient manufacturing process and precise monitoring system. For suitable monitoring system, optical fiber sensors were used to register deformation areas, enabling their on-line or periodical technical monitoring. During the braiding process, between the last reinforcement layers, two types of optical fiber sensors were installed. Point sensors in the form of Fiber Bragg Gratings were used. FBGs are novel optical sensors recorded within the core of the standard optical fiber. Additional optical fiber sensors in form of FBGs for reference measurement were installed on the outer surface of the pressure vessel.

PL

Nowoczesne technologie wytwarzania konstrukcji zbrojonych wyplatanym włóknem szklanym mają duży potencjał w wytwarzaniu zbiorników kompozytowych o wysokiej dokładności wymiarowo-kształtowej, pozwalając na przyspieszenie procesu produkcyjnego, wraz z zapewnieniem powtarzalność oraz dobrej jakości próbek. W niniejszym opracowaniu pokazano metodologie produkcji prototypów wysokociśnieniowych zbiorników kompozytowych, wytwarzanych techniką dopasowaną do tego typu konstrukcji. Wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach jak: przemysł motoryzacyjny, lotniczy czy w służbach ratowniczych itp. W porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, zbiorniki kompozytowe posiadają wiele zalet. Wysoka wytrzymałość mechaniczna oraz niewielka masa sprawiają, że w produkcji kompozytowych zbiorników stosuje się coraz częściej nowoczesne technologie. Interesującym przykładem są lekkie wysokociśnieniowe zbiorniki przeznaczone do przechowywania sprężonych paliw, takie jak metan lub wodór. Gazy te są niezbędne do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub do bezpośredniego spalania w samochodach, pojazdach specjalnych oraz innych urządzeniach (np. w stacjonarnych agregatach prądotwórczych itp.). Ale te nowoczesne wysokociśnieniowe zbiorniki kompozytowe potrzebują wydajnego procesu produkcyjnego, jak również precyzyjnego systemu monitorowania. Z tego względu, w pracy wykorzystano czujniki optyczne do rejestracji obszarów odkształceń, pozwalające na ciągły lub okresowy monitoring. Podczas procesu wyplatania, dwa rodzaje siatek Bragga (FGB) zostały zintegrowane ze strukturą, pomiędzy przedostatnią, a ostatnią warstwą zbrojenia. W celu uzyskania wartości referencyjnych, dodatkowe optyczne czujniki zostały również zainstalowane na zewnętrznej powierzchni zbiornika ciśnieniowego.

2

Manufacturing and pressure test using infrared camera of carbon fibre reinforced braided composite vessels

Hufenbach W., Gude M., Blazejewski W., Czulak A., Borkowski A.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2011

|

[R.] 17, nr 6

448-453

EN

Due to high specific mechanical properties, high design freedom combined with economic and reproducible manufacture processes, braided composites based on glass fibre reinforced hardening matrix systems exhibit a high application potential for high-pressure composite vessels. High-pressure composite vessels find broad application in many areas such as: automotive industry, aeronautics, rescue services, etc. In comparison to standard steel vessels, composite vessels have many advantages. High mechanical strength and high 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 either to supply the fuel cell (mainly H2) or for a direct combustion in cars, special mobile devices and different equipment (e.g. stationary power generator etc.). But the modern high-pressure composite vessel needs a research to recognize the emergence of damage leading to the destruction of its structure. The novel braiding technology of glass fibre reinforced structures has high potential to fabricate near-net-shaped fibre preforms of complex shaped composite vessels and allows to accelerate the manufacturing process, ensuring the reproducibility and good quality of the specimens. This publication contributes to the development of pressure test methods of braided high pressure composite vessels, describing the method of recognizing the change of temperature in the places where the structure damage occurs.

PL

Ze względu na dobre własności mechaniczne, dużą swobodę konstruowania oraz w połączeniu z ekonomicznymi i powtarzalnymi procesami produkcji, kompozyty wyplatane na bazie włókien szklanych z osnową chemoutwardzalną charakteryzują się wysokim potencjałem szczególnie w przypadku wytwarzania ciśnieniowych zbiorników kompozytowych. Obecnie wysoko ciśnieniowe zbiorniki kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, jak: przemysł motoryzacyjny, lotniczy, ratunkowy itd. W porównaniu do standardowych zbiorników stalowych, kompozytowe posiadają wiele zalet. Wysoka wytrzymałość mechaniczna i duża redukcja masy zbiorników kompozytowych powoduje, że stają się one popularne dzięki wykorzystaniu nowych technologii. Interesującym przykładem są lekkie, wysokociśnieniowe zbiorniki przeznaczone do przechowywania paliw sprężonych, takich jak metan lub wodór. Gazy te są niezbędne do zasilania ogniw paliwowych (głównie H2) lub do bezpośredniego spalania w samochodach, i innych urządzeniach mobilnych i specjalistycznych (np. stacjonarny agregat prądotwórczy itd.). W celu zrozumienia zachowania się tych materiałów wyplatanych niezbędne jest przeprowadzenie badań pozwalające na rozpoznanie uszkodzeń prowadzących do zniszczenia struktury zbiorników kompozytowych, pracujących w dużym zakresie ciśnienia gazu. Niniejsza publikacja przedstawia rozwój metod badawczych z wykorzystaniem kamery termowizyjnej pozwalających rozpoznać zmiany temperatury w miejscu uszkodzenia struktury wysokociśnieniowych zbiorników wyplatanych.

3

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

Hufenbach W., Czulak A., Błażejewski W., Gąsior P.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 2

107-111

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.

4

Ciśnieniowe badania kompozytowych próbek rurowych wykonanych metodą wyplatania

Błażejewski W., Czulak A., Gąsior P., Pawlak T., Hufenbach W.

Kompozyty

|

2009

|

R. 9, nr 3

291-296

PL

Przedstawiono badania kompozytowych próbek rurowych wykonanych z materiału ES (kompozyt epoksydowo-szklany) przy użyciu metody splatania. Metoda ta jest alternatywą do klasycznej metody nawijania i pozwala na wykonanie materiału wzmocnionego włóknem pod dowolnym kątem w zakresie od 5 do 86°. Jednak ta nowa technika układania wzmocnienia nie jest szeroko stosowana, m.in ze względu na brak dokładnych analiz wytrzymałościowych gotowych struktur. Celem podstawowym badań było przeprowadzenie eksperymentu i późniejsze wykonanie symulacji MES. Badano próbki z ułożeniem wzmocnienia pod kątem 30, 45 i 60°. Jako medium wywierające ciśnienie użyto ściskanego osiowo stosu krążków gumowych wewnątrz próbek rurowych. Zastosowanie gumy pozwoliło na znaczne skrócenie czasu badań. W czasie badań mierzono siłę ściskającą (ciśnienie), przemieszczenie tłoczków oraz odkształcenie obwodowe próbki kompozytowej. Z uwagi na duże odkształcenia na powierzchni próbek (dochodzące do kilku procent) zastosowane zostały światłowodowe czujniki odkształceń w postaci światłowodowych siatek Bragga. Pozwoliło to zmierzyć bardzo dokładne przebiegi odkształceń i naprężeń w badanym materiale kompozytowym w zakresach, które były nieosiągalne dla klasycznych tensometrów oporowych. Otrzymane dane w przyszłości umożliwią przeprowadzenie planowanych symulacji komputerowych.

EN

In the present paper tests of composite tube specimens made from glass-epoxy composite by braiding method are presented. That technique is an alternative one to the classical winding method and allows realization of reinforcement layer at an any angle in a range from 5° to 86°. However, because there are not precise strength analysis of finished structures, that new method is not a widespread. A main target of presented research was to carry out an experiment and prepare FEM analysis to compare obtained results. Three different tube types were tested: 30, 45 and 60°. They were differ from each other only by an angle of reinforcement. As a working medium a heap of rubber disks inside a specimen was applied. Application of rubber disks allowed to short an experiment duration. During the test a compressive force (pressure), displacement of pistons as well as deformation (strain) in circumferential direction were measured. Because of large deformation on the outer surface of specimens (even few percents) Fiber Bragg Gratings for strain measurements were used. It let to perform strain measurement very precisely in a range which was not possible to obtain by classical method (electric resistance wire strain gauge). Obtained test results will be very useful to realize FEM analysis in a nearest future. Fiber optic sensor technology offers the possibility of implementing "nervous systems" for infrastructure elements that allow health and damage assessment. Fiber Bragg Gratings used in measurements give information on local strain values of the composite specimens caused by internal pressure. It also makes possible to detect and monitor damages in a composite structure. The sensor system should ensure the assessment of the safety condition of the monitored object during production, long-term operation and periodic checks. Optical fiber sensor systems with Bragg gratings belong to the class of sensors where the measurement of the physical phenomenon causes the modulation of the light wavelength. The advantages of those solutions arise from properties of the optical fiber. The Bragg gratings sensors systems are easy to integrate with the composite material structures, and because of their spark-safety and first of all high sensitivity in wide measurement range as well as insensitiveness on the external electromagnetic field are particularly suitable for different types of applications, also in so called "smart materials". The basic principles of FBG sensors applications is a linear relation between wavelength B on external variables like temperature and strain. The key question in the case of using FBG for monitoring the level of strain of composite layers is such an arrangement of sensors that it would be possible to monitor deformation of the object under examination in critical points of the structure. In the present paper sensors were installed on the outer surface of the composite tube specimens to measure its local deformations.