Assessment of Composite Material Flaws on the Type III Cylinders for Compressed Natural Gas Vehicles

This study was conducted to judge requalification of cylinders by assessing composite flaws such as scratches, cuts, and gouges damaging on the composite of Type III cylinders for compressed natural gas vehicles. As a result of the flaw tolerance test, all specimens have satisfied with minimum requirement cycles according to damage levels based on ISO 19078 and cyclic performance for pressure showed beyond twenty thousands in damage level 1 and 2, and did eighteen thousands to twenty-one thousands in damage level 3. Eight of twelve specimens failed the test due to composite flaws and the rest of the cylinders failed regardless of flaws. The results of Finite Element Method followed by the computer simulation indicated that the stress of 79.5 MPa calculated on the flaw model of $1.25\;mm{\times}200\;mm$ and the stress of 66.6 MPa on the non-flaw model when the service pressure applied to inside of cylinder. The difference between the models is about 19.37%. We concluded that this difference influences fatigue life and this flaw model is a critical value affecting cyclic performance of cylinders.

압축천연가스자동차용 Type III 용기의 복합재 결함 평가

이 연구는 압축천연가스자동차용 Type III 용기 복합재에 발생한 스크래치, 컷, 가우지 등의 손상을 평가하여 계속 사용여부를 판정하기 위해 수행하였다. 결함내구성 시험결과, 복합재의 손상등급에 따라 ISO 19078에서 정한 최소요구 반복회수(11,250회)는 모두 만족하였고 용기의 반복성능은 손상등급 1, 2에서는 20,000회를 상회하다가 손상등급 3에서는 18,000~21,000회의 범위를 나타내었다. 실험용기 12개 중 8개가 Type III 용기복합재 결함의 영향을 받아 파괴되었고 나머지는 결함과 관계없이 파괴된 것으로 판단된다. 전산모사에 의한 구조해석결과는 $1.25\;mm{\times}200\;mm$의 결함모델에 사용압이 가해졌을 때 발생한 응력은 79.5 MPa이고 무결함 용기의 라이너 평탄부에 발생한 응력은 66.6 MPa로서 약 19.37%의 차이가 발생하였다. 이것은 라이너의 피로수명에 영향을 미칠 수 있는 차이로 볼 수 있고 이 결함은 용기의 반복성능에 영향을 미치는 임계값으로 판단할 수 있었다.