Stress Distribution Analysis for High Pressure CNG Pressure Vessel Using FEM

유한요소법을 이용한 고압 CNG압력용기 응력분포 해석

Most of the domestic city buses are equipped with the pressure vessels subjected to internal pressure applied by compressed natural gas. Pressure vessels subjected to internal pressure are used in various forms and purposes. Fuel is explosive and has flammable high pressure. The damage of the pressure vessel causes many property damage and loss of life. Safe design for pressure vessel is always necessary. Due to these reasons, many studies using finite element analysis have been conducted. In this paper, the stresses of cylindrical vessel and spherical dome were analyzed using ANSYS, a finite element analysis software. In order to verify the validity of the analysis, a model with a perfectly spherical shape of the dome was designed and observed. Based on the ASME standard in used, stress distribution was also analyzed for models designed with compressed natural gas(CNG). The FEM analysis software agreed with the theory when the dome shape was perfectly spherical. The model designed based on the ASME specification theory, stress concentration occurred in the knuckle part.

환경문제로 국내 시내버스의 대부분은 압축천연가스(CNG)를 연료로 사용하며, 연료 저장용기는 내압을 받는 압력용기를 사용하고 있다. 내압을 받는 압력용기는 여러 가지의 형태와 목적을 지니고 있다. 연료가 가연성이고 고압으로 인한 폭발성을 지니고 있으므로 압력용기의 파손사고는 많은 재산피해와 인명피해를 일으킨다. 이에 대한 안전한 설계가 반드시 필요하므로 유한요소해석을 이용하여 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서 유한요소 해석 소프트웨어인 ANSYS를 이용한 응력해석을 탄성이론의 구형 돔 형상 응력이론식과 실린더 형상 응력이론식을 비교하여 해석의 타당성을 입증 하기위해 돔의 형상이 완전 구형인 모델을 설계하여 관찰하였고 실제 사용중인 ASME 규격이론을 바탕으로 압축천연가스(CNG)로 설계된 모델에 대해서도 응력분포를 분석하였다. 유한요소 해석 소프트 웨어를 사용하여 돔 형상이 완전이 구형인 모델을 해석 하였을 때 이론과 잘 일치 하였고 ASME 규격이론을 바탕으로 설계한 모델에서는 너클부분에 응력집중 현상이 발생하였다.