• 대한기계학회논문집A
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• 제41권9호
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• pp.845-851
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• 2017

외경에 홈이 존재하는 자긴가공된 압력용기의 피로 파손은 외경 홈에서의 피로균열 발생과 전파에 의해 발생한다. 자긴가공된 압력용기의 피로수명을 예측하기 위하여 유한요소법을 이용하여 자긴가공에 의한 잔류응력해석을 수행하였으며, 피로시험을 통하여 재료의 피로특성을 구하였다. 압력용기의 수명은 압력용기 외경 홈 모서리에서 응력 및 변형률 집중에 의한 피로균열의 생성수명과 전파수명의 합으로 총 수명이 계산되었다. 본 연구에서 80 % 자긴도의 압력용기가 424 MPa의 반복적인 내압을 받을 때 압력용기의 수명은 2,598 사이클로 예측되었다.

• Composites Research
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• 제19권4호
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• pp.31-38
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• 2006

본 연구에서는 열탄성 해석과 복합재/알루미늄 링시편 실험을 통해 성형 온도와 자긴 압력이 복합재와 알루미늄 라이너로 구성된 Type 3 극저온 추진제 탱크에 미치는 영향을 살펴보았다. 우선 Type 3 탱크의 온도분포를 구한 뒤 이를 경계조건으로 사용하여 성형온도와 자긴 압력의 영향을 고려한 탄성해석을 수행하였다. 그 결과 복합재의 성형온도가 증가할수록 복합재와 알루미늄 라이너에 각각 잔류압축응력과 잔류인장응력이 증가하였다. 한편 자긴 압력은 극저온 환경에 의해 유발된 잔류열응력의 감소를 초래하였으며 자긴 압력의 크기가 증가할수록 이러한 경향은 두드러졌다. 이러한 성형 온도와 자긴 압력의 영향은 Type 3 극저온 추진제 탱크의 설계 및 제작 단계에 반드시 고려되어야 한다.

• 기계저널
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• 제31권4호
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• pp.356-363
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• 1991

선형 탄성 유한요소 응력해석과 평균응력 효과를 고려한 저주기 피로실험으로부터 결정된 피로 특성, 그리고 국부변형률 방법을 종합하여 외경에 흠이 존재하는 자긴가공된 두꺼운 압력 용기의 피로수명이 평가되었다. 직사각형의 매우 날카로운 흠에서의 응력집중계수는 타원형 홈에서의 응력집중계수의 약 두배의 값이 얻어졌으며, 고강도 압력용기강인 ASTM A723의 저주기 피 로거동에 대한 평균응력 영향은 Morrow 및 SWT 파라메타를 이용하여 충분히 고려되었다. 균열발생이 예상되는 위험한 부분인 홈의 뿌리부분에서의 국부적인 응력, 변형률이 계산되었으며 예측된 피로수명은 실험적으로 얻어진 수명과 비교했을 때 2에서 4배의 오차를 보이면서 일치 하는 결과를 얻었다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권4호
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• pp.39-45
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• 2010

자주포 또는 원자로와 같은 두꺼운 실린더는 압력용기 내부에 유익한 잔류 압축응력을 유도하여 작용압력과 피로수명을 증가시키도록 자긴 가공되고 있다. 자긴가공도가 증가하면 구멍에서 압축잔류응력의 크기도 증가한다. 본연구의 목적은 ASME 코드에 의해 적용된 Kendall 모델을 이용하여 고강도 SCM440 강의 정확한 잔류응력을 예측하는 것이다. SCM440 후육실린더의 내부에 유압이 적용되고 30% 변형률까지 자긴 가공하였다. 자긴가공된 시편은 전해연마하고 X-ray 회절법을 이용하여 정확한 잔류응력을 산출하도록 하였다. 그리고 주사전자현미경을 이용하여 자긴가공에 의해 소성변형된 표면층을 분석하였다. 측정한 잔류응력과 계산된 결과를 비교하여 약간의 차이는 있으나 비교적 서로 잘 일치하고 있다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.22-28
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• 2006

금속재 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 라이너의 반복 수명 향상을 위해 제조 공정 중 라이너가 압축잔류응력을 갖도록 하는 자긴처리 공정을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자긴처리에 의한 라이너의 압축잔류응력과 이후의 응력 거동을 정확히 예측할 수 있는 유한요소해석 기법을 제시하고, 이러한 해석 결과를 바탕으로 복합재 압력용기의 반복 수명을 예측할 수 있는 방법을 제안한다. 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 3차원 비선형 유한요소해석을 통해 라이너의 응력 거동을 정확히 예측하고, 압력용기의 반복수명을 결정짓는 파라미터로 금속재 라이너의 폰미세스 응력을 도입한다. 라이너 재료에 대한 피로시험과 복합재 압력용기 시제품에 대한 반복시험을 통해 제안된 방법의 타당성과 유효성을 입증한다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-56
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• 2016

In this study, experiments and finite element method analysis were used to determine the autofrettage pressure that is optimal and then maximizes the cycling life of Type3 composite cylinders used in self-contained breathing apparatus. For both approaches, the cylinders were pressurized at 100, 110, ${\ldots}$, 290 % of the test pressure, respectively. The stresses were computed by the FEM analysis; while the strains of cylinders were recorded and the failure modes were monitored during the cycling test. As a result, from the good agreements between the simulations and experiments, it was concluded that at least 70 % of the test pressure should be applied as the autofrettage pressure in order to takes visible effect on the cycling life, and 160 % of the test pressure induces the maximum cycling life and the desired failure mode.

• 한국가스학회지
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• 제17권6호
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• pp.46-51
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• 2013

복합재 압력용기는 높은 비강성과 비강도 그리고 내피로성으로 수소연료전지자동차와 천연가스자동차에 사용된다. 이음매가 없는 일체형 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 고강도 탄소섬유와 에폭시 레진으로 라이너 전체를 감싼다. 본 연구에서는 구조적으로 취약한 너클 부위와 압축잔류응력을 고려하여 필라멘트 와인딩 패턴과 자긴압력 설계 기법을 제시하였다. 복합재 압력용기 시제품에 대한 압력반복시험을 통해 제안된 방법을 검증한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.275-280
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• 2008

To improve the durability of a hydrogen pressure vessel which is applied high-pressure, it needs the autofrettage process which induces compressive residual stress in the Aluminum liner. This study presents the elasto-plastic analysis to predict the behavior of structure accurately, and the Tsai-Wu failure criterion is applied to predict failure of pressure vessel of Aluminum liner and composite materials. Generally, plastic analysis is more complex than elastic analysis and has much time to predict. To complement its weakness, the AxicomPro(EXCEL program), applied radial return algorithm and nonlinear classical laminate theory (CLT), is developed for predicting results with more simple and accurate than the existing finite element analysis programs.

• Composites Research
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• 제23권6호
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• pp.7-13
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• 2010

CNG 차량에서 실사용 중 Type3 복합재료 압력용기의 외부 복합재 층에 결함이 발생된다면, 용기의 구조적 성능 즉, 원래의 설계수명보다 반복수명이 감소되는 현상을 초래할 수 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 복합재 결함을 고려한 복합재료 압력용기의 유한요소 모델링과 해석 기법을 제시하였다. Type3 복합재료 압력용기의 유한요소해석은 자긴처리 공정에서 알루미늄 라이너의 소성 변형으로 인해 경로 의존적 현상을 보이므로, 실사용 중 결함이 발생되는 실제 환경을 고려한 해석에서 결함은 자긴압력 이후에 도입되어야한다. 이러한 상황의 사실적인 시뮬레이션을 위해, 해석의 중간단계에서 결함이 도입되는 유한요소 모델링과 해석 기법이 제시되었으며, 해석결과는 해석의 시작단계에서부터 모델에 초기결함을 내포하는 일반적 유한요소해석과 비교되었다. 제안된 해석 기업은 Type3 복합재료 압력용기의 복합재층 손상에 따른 영향성 평가 및 실사용 중에서의 검사 기준을 마련하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권9호
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• pp.25-32
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• 2006

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.