在碳纖維增強塑料壓力罐中儲存氫氣時，在-240°C和350巴的低溫壓力下，由于微觀和宏觀的影響，會產生相當的機械應力，導致材料的長期疲勞。德國宇航中心纖維復合輕量化與自適應系統研究所已經開發出了材料模型，可以預測這種氫氣罐的使用壽命，并考慮到這些影響。同時，這一工作成果也使得壓力罐的重量優化設計成為可能。
碳纖維增強塑料的成分的材料特性是非常不同的。在冷卻時，聚合物基體收縮，而碳纖維輕微膨脹。組件的粘合形成了復合材料，阻礙了相反的熱膨脹，從而產生了機械應力（微效應）。此外，由同向纖維層組成的單向復合材料，在纖維方向和跨纖維方向上的行為是不同的。在壓力罐的多向層壓板中，各層的這種 "各向異性"也確保了各層的熱膨脹受到阻礙，從而導致各層的機械應力（宏觀效應）。
微觀和宏觀效應會對材料造成損傷。新開發的計算模型現在允許單獨考慮微觀和宏觀層面的疲勞機制。與德國宇航中心科學家進行的驗證實驗的比較表明，這些模型在兩種尺度上都很好地再現了材料的疲勞現象，并為宏觀效應提供了非常好的壽命預測。該計算模型還提供了另一個非常重要的優勢：微觀和宏觀效應對材料疲勞的個別貢獻現在可以單獨進行量化。這在以前的測試和計算方法中是不可能的。
此外，該計算模型還允許對氫氣容器進行重量優化設計，實現輕量化設計。
圖片說明：微觀機械模擬：在低溫溫度循環導致的疲勞破壞過程中計算出的基體裂紋（黑色區域）
