Evaluation of the Cryogenic Characteristics of Composite/Aluminum Ring Specimens

In this study, the characteristics of filament wound composite/aluminum ring specimens were investigated at cryogenic temperature. The ring specimens were manufactured using carbon fibre and Type B epoxy resin which had been developed for cryogenic use. As a result of measuring thermal strains at -150℃, it was found that compressive thermal stress was induced in composite part on the contrary, tensile thermal stress in aluminum part which was about 32% of yield stress and in turn, caused aluminum to be yielded at lower load level. In addition, Thermal strains which resulted from finite element analysis showed good agreement with those of the experiment. After 6 mechanical loading cycles had been applied to the ring specimen at -150℃, tensile tests were performed at -150℃ using a split disk fixture. As a result, it was shown that composite strength in a liner-composite tank structure which is for the use of cryogenic propellant tank would be decreased by auto-frettage pressure which is applied to it.

복합재/알루미늄 링 시편의 극저온 특성 평가

본 연구에서는 필라멘트 와인딩하여 제작된 복합재/알루미늄 링 시편의 극저온 특성을 고찰하였다. 링 시편은 탄소섬유와 극저온용으로 개발된 Type B 에폭시 수지를 사용하여 제작되었다. 상온으로부터 -150℃까지 링 시편의 열변형률 측정 결과, 극저온 영향에 의해 복합재 내에는 압축 열응력이 발생하였으나 알루미늄 내에는 항복응력의 약 32% 크기의 인장 열응력이 발생하였다. 그리고 이는 극저온에서 알루미늄의 소성하중을 낮추는 결과를 가져왔다. 또한, 실험으로부터 얻어진 극저온 물성을 사용하여 유한요소해석을 수행한 결과, 링 시편 실험을 통해 얻어진 열변형률과 잘 일치함을 보였다. -150℃에서 split disk 치구에 장착된 복합재/알루미늄 링 시편에 6회 하중 사이클을 수행한 후, -150℃에서 인장시험을 수행하였다. 그 결과, 라이너-복합재 탱크 구조물에 대하여 자긴압력 등이 가해질 때, 극저온에서는 자긴압력에 의해 복합재 강도가 상온 보다 더 크게 저하될 수 있음을 보였다.