Pengujian Kriogenik

Untuk penyimpanan hidrogen cair khususnya, aspek-aspek berikut memainkan peran utama dari perspektif pengujian material:

• Investigasi perilaku material mekanis statis, dinamis, dan fraktur dalam rentang kriogenik dan penentuan nilai karakteristik yang diperlukan untuk desain dan verifikasi struktur material yang sesuai. Karena dalam jumlah tertentu hidrogen bersifat eksplosif ketika bersentuhan dengan oksigen dan kegagalan material dapat berakibat fatal, perilaku kelelahan atau perilaku mekanis perpatahan khususnya sangat menarik.
• Untuk infrastruktur H2, material komposit—tidak seperti logam—seringkali tidak bersentuhan langsung dengan media hidrogen. Untuk alasan ini, saat menguji komposit media pendingin helium, yang jauh lebih rumit untuk ditangani, juga dapat digunakan untuk mencapai suhu uji 20 K.
• Dalam kasus material komposit, koefisien ekspansi termal yang sangat berbeda dari serat dan matriks dalam plastik yang diperkuat serat menyebabkan tegangan beku pada material selama proses pembuatan. Variasi suhu yang jauh lebih besar dalam aplikasi teknologi hidrogen menghasilkan tekanan termo-mekanis yang kuat. Penting untuk memiliki pemahaman yang tepat tentang perilaku ini pada suhu nyata, karena fluktuasi tekanan dan suhu yang kuat (misalnya selama pengisian bahan bakar) dapat menyebabkan retakan mikro pada material komposit, yang dapat berdampak negatif pada sifat mekanik dan permeabilitasnya.

Tergantung pada suhu pengoperasian dan aplikasinya, temperature chambers dan immersion cryostats digunakan untuk testing in the cryogenic range. Berdasarkan jenis atau versi peralatan pengujian kriogenik ini, Anda dapat mencapai suhu pengujian dalam kisaran kriogenik antara 77 K dan 130 K.

Karena biaya helium secara signifikan lebih tinggi daripada biaya nitrogen, Anda harus mempertimbangkan biaya dan manfaatnya untuk menentukan kisaran suhu dan media pendingin mana yang harus dipilih. Suhu sebenarnya ditentukan oleh aplikasi.

Standar pengujian kriogenik pada komposit

• ISO 527-4, ISO 527-5, ASTM D3039: Uji tarik
• ISO 14126, ASTM D3410, ASTM D6641, ASTM D695: Uji kompresi
• ISO 14129, ASTM D3518: In-Plane Shear (IPS)
• ISO 14230, ASTM D2344: Interlaminar shear strength , ILSS
• ISO 14125, ASTM D7264: Uji lentur
• EN 1465, ASTM D3164: Penentuan kekuatan tarik putaran-geser rakitan berikat
• ASTM D7905: Mode Ketangguhan Fraktur Interlaminar II
• ISO 13003, ASTM D3479: Perilaku kelelahan di bawah beban siklik tarik
• ISO 13003 Annex A: Flexure fatigue test

Standar pengujian kriogenik pada logam

• ISO 6892-3: pengujian tarik kriogenik
• ASTM E1450: Metode uji standar untuk uji tegangan paduan struktural dalam helium cair

Ada tiga opsi untuk penyimpanan hidrogen yang sangat efektif, yang menghasilkan persyaratan untuk jenis bejana atau tangki yang berbeda, yang menentukan pemilihan parameter uji.

• Dalam keadaan cair hingga 4 bar, dalam kisaran pencairan hidrogen pada suhu 20 K
• Dalam kisaran tekanan 250 ...700 bar pada ambient temperature
• Dalam kisaran tekanan 500 ...1000 bar antara 33 dan 73 K

Liquid hydrogen, khususnya, menghadirkan alternatif untuk mengangkut hidrogen dalam jumlah besar. Selain logam, komposit sering digunakan dalam aplikasi hidrogen cair. Jika dibandingkan dengan logam, ini menawarkan keunggulan yang signifikan: ringan. Aspek ini memainkan peran yang sangat penting dalam aplikasi kedirgantaraan atau otomotif, untuk mengembangkan tangki hidrogen yang sangat ringan. Hal ini membuat aplikasi hidrogen cair pada suhu kriogenik menjadi perhatian khusus di sektor kedirgantaraan, misalnya, karena kerapatan penyimpanan yang lebih efisien. Di sektor otomotif, di sisi lain, industri juga semakin mengandalkan wadah untuk menyimpan gas hidrogen pada tekanan tinggi.

Pengujian untuk penentuan nilai karakteristik untuk desain dan pengujian struktur komposit/logam pada fasilitas pencairan atau tangki hidrogen cair dalam kondisi kriogenik sangat penting dalam memenuhi persyaratan keselamatan semaksimal mungkin, dan untuk memahami tekanan termomekanis yang dihasilkan dari suhu. perubahan dalam aplikasi hidrogen cair. Ini terjadi, misalnya, selama pengisian bahan bakar, karena perbedaan koefisien ekspansi termal serat dan matriks dalam bahan komposit.

ZwickRoell menawarkan tiga perangkat pengkondisian Penguji kriogenik untuk mesin pengujian statis dan mesin pengujian dinamis. Prinsip berikut berlaku: Semakin rendah suhunya, semakin kompleks upaya mekanisnya.

Untuk menjaga agar biaya pendingin dapat dikelola dan menjaga gradien suhu di seluruh aliran masuk logam serendah mungkin, kami merekomendasikan untuk memastikan massa yang akan didinginkan, seperti pegangan spesimen dan aliran masuk, memiliki volume material serendah mungkin. Selain itu, beban uji maksimum harus serendah mungkin. Hal ini karena, bertentangan dengan pengujian pada suhu sekitar, dimensi yang dipilih dengan murah hati tidak hanya menghasilkan biaya tinggi, tetapi juga memengaruhi suhu kriogenik maksimum yang dapat dicapai, kemampuan kontrol suhu, dan pada akhirnya keandalan dan reproduktifitas hasil pengujian.

Aturan "hanya sebanyak yang diperlukan" sangat penting dalam kasus ini, dan harus dipertimbangkan dimulai dengan fase perencanaan proyek sistem. Sistem pengujian kriogenik dalam portofolio produk ZwickRoell memiliki beban maksimum 100 kN.

Saat merancang sistem pengujian kriogenik, hal-hal berikut harus mendapat pertimbangan khusus:

• Pemilihan bahan pegangan spesimen yang benar.
• Volume serendah mungkin di area bersuhu rendah sehingga diperlukan jumlah cairan pendingin sekecil mungkin.
• Pertahankan kehilangan suhu yang disebabkan oleh batang yang dimasukkan ke dalam tangki pendingin serendah mungkin.
• Cegah penumpukan es dengan selongsong pemanas khusus.
• Lindungi mesin uji dari penumpukan kondensasi.
• Pastikan keselarasan dan kemampuan keselarasan string beban.
• Pastikan kemampuan kalibrasi sistem.
• Pilihan extensometer yang tepat.
• Mengkompensasi force shunt dengan menggunakan segel.
• Kompensasi untuk ekspansi termal.