Il serbatoio in composito è oggi uno dei componenti più critici dell’intera filiera dell’idrogeno, sia nel caso dello stoccaggio in forma liquida che gassosa. Le pressioni in gioco, le temperature estreme, i requisiti di leggerezza e i rigorosi standard di sicurezza rendono questo componente un vero e proprio banco di prova per l’ingegneria dei materiali compositi.
In un settore dove il margine di errore deve essere pressoché nullo, progettare per tentativi non è un’opzione. Al CETMA affrontiamo questa sfida con il supporto imprescindibile della modellazione numerica avanzata, un approccio che consente di simulare e conoscere il comportamento del componente ancora prima che venga realizzato fisicamente.
Un modello che rispecchia il processo produttivo
Il punto di partenza è la realizzazione del modello FEM (Finite Element Method) del serbatoio completo, in tutte le sue parti: liner, cilindro, cupole e attacco valvole. Il modello non si limita a rappresentare la geometria del componente, ma riproduce fedelmente la reale distribuzione di materiali, spessori e angoli di deposizione, così come generati dal processo di fabbricazione — filament winding e/o AFP (Automated Fiber Placement).
Questo livello di dettaglio è ciò che distingue una simulazione predittiva accurata da una semplice verifica strutturale: il modello numerico “conosce” il processo produttivo che lo ha generato.
Sollecitazioni reali, condizioni estreme
Una volta ricostruito il modello CAD del serbatoio, questi viene sollecitato virtualmente applicando condizioni di carico ordinarie, relative al normale funzionamento, ed eccezionali, come urti, incidenti o cadute, in piena coerenza con i requisiti dei protocolli di qualifica e omologazione o con le specifiche richieste dai nostri clienti.
Il comportamento a rottura viene valutato attraverso criteri specifici, distinti per ciascuno dei materiali presenti nel componente — compositi, polimeri e metalli — e attraverso modelli di danneggiamento progressivo, in grado di riprodurre con accuratezza il reale comportamento del componente fino al collasso.
Vent’anni di esperienza, un metodo validato
L’esperienza ultraventennale dei nostri ricercatori consente di fornire ai partner e ai clienti informazioni dettagliate sul comportamento strutturale di ogni elemento del serbatoio, validandone le scelte progettuali o evidenziandone tempestivamente le criticità.
L’affidabilità delle nostre soluzioni si basa infine su un elemento imprescindibile: la correlazione tra modelli numerici e prove di laboratorio per la caratterizzazione dei singoli materiali e dei laminati da essi ottenuti. Solo così è possibile utilizzare dati di input corretti e accurati, evitando che la simulazione diventi un esercizio teorico scollegato dalla realtà fisica del componente.
A rafforzare ulteriormente questo approccio numerico/sperimentale contribuisce la disponibilità, presso i laboratori CETMA, di una macchina prototipale di AFP, che consente di chiudere il cerchio tra progettazione, processo e validazione sperimentale.
Meno prototipi, più sicurezza dimostrata
Il risultato di questo metodo è un approccio progettuale validato, che consente all’industria di ridurre in modo significativo il numero di prototipi fisici necessari, con conseguente riduzione di tempi e costi di sviluppo. Ma il beneficio più importante è un altro: disporre di un margine di sicurezza dimostrato numericamente ancora prima di avvolgere la prima fibra.
Perché nell’idrogeno la sicurezza non si verifica alla fine: si progetta dall’inizio.