Hyunseok, Yang;Woo-Chul, Jung;Kwang Bok, Shin;Man-Sik, Kong
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.425-430
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2022
In this study, the mechanical properties of the pressure vessel composite exposed to the thermal environment were evaluated to establish the standard for high temperature static pressure test of the pressure vessel for hydrogen bus. As the tensile strength of the composite material approaches the glass transition temperature of the epoxy resin, the strength decreases due to the deterioration of the epoxy resin. In addition, it was confirmed that the tensile strength increased again due to the post-curing of the epoxy resin during long-term exposure. Therefore, the accelerated stress rupture test conditions of the pressure vessel for the hydrogen bus should be set based on the epoxy resin properties of the carbon fiber composite material.
The fiber material properties, elastic constant and strength, are the most important factors among the various material properties for the design of composite pressure vessel, because of it's dominant influence on the performance of composite pressure vessel. That is, the deformation and burst pressure of pressure vessel highly affected by the fiber material properties. Therefore, the establishment of test method for exact fiber material properties is a priority item to design a composite pressure vessel. However, the fiber material properties in filament wound pressure vessel is very sensitive on various processing variables (equipment, operator and environmental condition etc..) and size effect, so that it isn't possible to measure exact fiber material properties from existing test methods. The hydro-burst test with full scale pressure vessel is a best method to obtain fiber material properties, but it requires a enormous cost. Thus, this paper suggests a newly developed test method, hoop ring test, that is capable of pressure testing with ring specimens extracted from real composite pressure vessel. The fiber material properties from hoop ring test method showed good agreement with the results of hydro-burst test with full scale composite pressure vessels.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.529-535
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2017
In this paper the laminate design parameters are researched to maximize the performance index of a composite pressure vessel. The pressure-resistant performance and the light-weight concept with contained internal space are implied in the performance index. To maximize the performance index, the three design variables that the thickness of each of helical and hoop layers and the length of hoop layer are considered under the assumption of fixed internal space. To optimize the variables, the response surface method is introduced for construction of the surrogate model and the ANOVA(analysis of variance) is performed to evaluate the effects of the variables. The optimization problem is formulated to maximize performance index under the burst pressure constraint. To verify the effectiveness of the research, numerical analyses are performed for the optimum model.
Kim, Jun-Hwan;Jeon, Kwang-Woo;Shin, Kwang-Bok;Hwang, Tae-Kyung
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.403-407
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2012
The purpose of this study is to find the optimum skirt size for a composite pressure vessel using optimum analysis technique. The size optimization for skirt shape of a composite pressure vessel was conducted using sub-problem approximation method and batch processing codes programmed by APDL(ANSYS Parametric Design Language). The thickness and length of skirt part were selected as design variables for the optimum analysis. The objective function and constraints were chosen as weight and displacement of skirt part, respectively. The numerical results showed that the weight of skirt of a composite pressure vessel would be saved by maximum 4.38% through the size optimization analysis for the skirt shape.
Park, Jae-Beom;Kim, Dong-Ryun;Kim, Hyung-Geun;Hwang, Tae-Kyung
Composites Research
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v.21
no.3
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pp.9-17
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2008
In this paper, the low velocity impact characteristics of filament winding CFRP pressure vessel was investigated using numerical and experimental methods. The cylinder part of CFRP vessel was impacted using triangular shape impactor which simulated the sharp edge of dropping tools and impact response behavior of CFRP was reviewed. The mechanical behavior, such as deformation and stress distribution, were also predicted by explicit finite element method and the validity of the model was investigated. For the quantitative evaluation of the residual strength of the pressure vessel after impact, a series of the ring specimens was cut from the impacted vessel and its burst pressure was measured by hydraulic pressure hoop tension test. As the results, the relationship between the residual strength degradation and the impact energy was successively obtained and a useful methodology to evaluate quantitatively the impact damage tolerance of CFRP pressure vessel was established.
In this paper, an integrated probabilistic strength analysis was conducted to predict the reliability of a composite pressure vessel under inner pressure loading condition. As a probabilistic strength analysis, the probabilistic progressive failure model consisting of progressive failure model and Monte Carlo simulation was incorporated with a commercial FEA code, ABAQUS Standard, to perform the probabilistic failure analysis of composite structure which has a complex shape and boundary conditions. As design random variables, the laminar strengths of each direction were considered. Finally, from probabilistic strength analysis, the scattering of burst pressure could be explained and the reliability of composite pressure vessel could be obtained for each component. In case of composite structures in mass production, the effects of uncertainties in material and manufacturing on the performance of composite structures would apparently become larger. So, the probabilistic strength analysis is essential for the structural design of composite structures in mass production.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.1
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pp.31-37
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2013
This study aims to find the optimal skirt dimensions for a composite pressure vessel with a separated dome part. The size optimization for the skirt structure of the composite pressure vessel was conducted using a sub-problem approximation method and batch processing codes programmed using ANSYS Parametric Design Language (APDL). The thickness and length of the skirt part were selected as design variables for the optimum analysis. The objective function and constraints were chosen as the weight and the displacement of the skirt part, respectively. The numerical results showed that the weight of the skirt of a composite pressure vessel with a separated dome part could be reduced by a maximum of 4.38% through size optimization analysis of the skirt structure.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.3
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pp.21-27
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2018
In this paper the laminate design parameters are researched to maximize the performance index of a composite pressure vessel. To maximize the performance index, the three design variables that the thickness of each of helical and hoop layers and the length of hoop layer are considered under the assumption of fixed internal space. To optimize the variables, the response surface method is introduced for construction of the surrogate model and the ANOVA(analysis of variance) is performed to evaluate the effects of the variables. The optimization problem is formulated to maximize performance index under the burst pressure constraint. To verify the effectiveness of the research, numerical analyses are performed for the optimum model.
To increase the performance of thick-walled cylinders recently their length is continually enlarged. For that reason it is important to reduce weight of the thick-walled cylinders. In this paper the FE models to predict and estimate effects on the composite tapes were created with MSC.Nastran/Patran v.2005. First of all a autofrettage method was applied to the 2D model of the AISI4340 cylinder reduced the thick. And then the comparison of the numerical results with analysis results showed and verified by using T300/5208, IM7/PETI5, IM7/8552 tapes. Those are predicted to the effects of the angle of the composite tapes and elastic modulus according to the composite properties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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