Assessment of the Residual Strength Thresholds of Composite Pressure Receptacles – Criteria for Hydraulic Load Cycle Testing

Georg W. Mair; Martin Hoffmann

doi:10.3139/120.110413

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Assessment of the Residual Strength Thresholds of Composite Pressure Receptacles – Criteria for Hydraulic Load Cycle Testing

Georg W. Mair und Martin Hoffmann

Veröffentlicht/Copyright: 26. Mai 2013

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Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 55 Heft 2

Abstract

The current practice of periodic retesting of composite pressure receptacles primarily based on the hydraulic pressure test has to be evaluated as critical. This is justified by micro damages caused to the specimen by the test itself and by a lack of informative values. Thus, BAM Federal Institute of Materials Research and Testing uses a new validation approach in the case of retest periods of more than 5 years. It enables the description of the condition of a specific design type series based on destructive tests parallel to operation. With respect to this approach it is explained how the statistical evaluation of sample tests and their extrapolation to end of life or at least to the time of next retesting can be achieved. In addition, it is explained how the reliability limits may be linked to the size and pressure level of the respective composite pressure receptacle. The frame of this safety approach includes the influence of the maximum working pressure on the safety assessment. One topic of this approach is the introduction of the working diagram essential for safety assessments that allows graphical evaluation of load cycle strength by mean value, scatter and survival rate of samples as well as instruction how to use it. For this, it is explained how the number of filling cycles and the reduction of the respective hydraulic residual cycle strength interacts with the newly introduced value of specific filling sensitivity.

Kurzfassung

Die aktuelle Praxis, die wiederkehrende Prüfung von Druckgefäßen aus Verbundwerkstoffen primär auf die hydraulische Innendruckprüfung zu begründen, ist kritisch sowohl bzgl. der Mikro-Schädigung der Prüfmuster als auch bzgl. ihrer Aussagekraft zu bewerten. Deshalb kommt durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM bei der Zulassung von Prüffristen für Composite-Druckgefäße von mehr als 5 Jahren zur Absicherung ein neuer Validierungsansatz zur Anwendung. Er ermöglicht eine Zustandsbeschreibung der Gesamtheit eines Baumusters auf der Basis wiederholt betriebsbegleitend zerstörender Prüfungen. Mit Bezug auf diesen Ansatz wird erläutert, wie die statistische Auswertung von Stichproben und deren perspektivische Extrapolation zur Vorhersage des Endes der Lebensdauer bzw. zumindest des Zeitpunkts der nächsten wiederholten Prüfung erfolgen können. Ferner wird erläutert, wie Zuverlässigkeitsgrenzwerte von der Größe von Druckgefäßen abhängig gemacht werden können und welchen Einfluss der reale Gasdruck auf die Sicherheitsbewertung im Rahmen des Ansatzes der BAM hat. Es wird insbesondere in das zentrale Arbeitsdiagramm des vorgenannten Ansatzes, das für Sicherheitsbewertungen wesentlich ist, eingeführt und erläutert, wie dieses verwendet werden kann. Hierzu wird auch ausgeführt, wie die Füllzyklenzahl und die Lastwechselfestigkeit über die neu eingeführte Größe der spezifischen Füllempfindlichkeit zusammenhängen.

Dr.-Ing. Georg W. Mair, born in 1964, studied Aeronautical Engineering at the Technical University of Berlin, Germany, PhD at the institute for light weight design of the TU Berlin in 1995. Since 1996, he has been working at BAM Federal Institute of Materials Research and Testing, he has been responsible for the working area „Pressure Receptacles and Fuel Gas Storage Systems” of Division 3.2 since 2000.

Dipl.-Ing. Martin Hoffmann, born in 1980, studied Mechanical Engineering at the University of Rostock, Germany, with a focus on light weight construction and material science in 2008. Since then he has been employed at BAM Federal Institute of Materials Research and Testing as scientific staff at division 3.2 and is working on his PhD thesis at the Technical University of Berlin, Germany.

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Published Online: 2013-05-26

Published in Print: 2013-02-01

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