• 항공우주기술
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• 제2권2호
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• pp.124-132
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• 2003

본 논문에서는 "KSR-III 복합재 가압탱크“에 대한 구조 설계/제작 과정을 기술하였다. 복합재 가압탱크는 라이너 위에 복합재가 덮어 씌워진 형태이다. 하중을 부담하지 않는 라이너는 AI 6061-0로 만들어 졌으며, 라이너는 헬륨가스 기밀만을 담당하였다. 복합재 탱크는 라이너 위에 T700/Epoxy로 와인딩 하였다. 알루미늄 라이너가 얇았기 때문에 다단계 경화 공정이 필라멘트 와인딩 기법에 적용되었다. 다단계 경화 공정은 라이너의 실린더가 원형 형상을 잃지 않게 하였다. 보스부의 체결력은 보스링에 의하여 카본섬유로 분산되었다. 또한 보스링은 보스부의 국부적 변형을 막았다.

• 한국가스학회지
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• 제15권5호
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• pp.37-41
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• 2011

본 연구에서는 미국의 DOT-CFFC와 한국의 KS 기준에 근거하여 수소가스 복합소재 연료탱크에 대한 강도안전성을 FEM으로 해석하였다. 알루미늄 라이너 소재인 6061-T6와 탄소섬유 복합소재인 T800-24K로 적층이 형성되도록 감은 수소가스 복합소재 연료탱크는 130L의 저장용량을 갖으며, 70MPa의 충전압력으로 수소가스가 채워진다. FEM 해석결과에 의하면, 내부탱크를 형성하는 알루미늄 라이너에 작용하는 von Mises 응력 255.2MPa은 알루미늄 소재의 항복응력 대비 95%인 272MPa보다 낮기 때문에 안전하다. 또한, 복합소재 연료탱크에서 후프방향의 탄소섬유 응력비는 3.11이고, 헤리컬방향의 응력비는 3.04인 것으로 나타났다. 이들 응력비 데이터는 탄소섬유 복합소재 연료탱크에서 안전기준으로 권고한 2.4에 비해 높기 때문에 양방향 모두에서 안전하다. 따라서 70MPa의 충전압력을 갖는 130L 저장용량의 복합소재 연료탱크에 대한 강도안전성은 유용한 것으로 판단된다.

• 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.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2002년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.13-16
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• 2002

In this research, the design methods of the rocket joint parts were suggested. In the first section, nonlinear finite element analyses for joint parts of a composite pressure tank were performed. In the analyses, the detailed finite element modeling was performed and complex boundary conditions(contact problem, clamping force) were considered. Secondly, several guidelines for the design of joint parts were suggested. The parametric study for geometric design variables was peformed. Finally, the parametric study result was categorized for the multi-Joint part design of the axi-symmetric composite structure.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.211-214
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• 2000

Filament wound pressure vessels have been studied for the efficient design tool to consider the variation of fiber angles through-the thickness direction. Filament winding patterns were simulated from semi-geodesic fiber path equation to calculate fiber path on arbitrary surface. Finite element analyses were performed considering fiber angle variation in longitudinal and thickness directions by ABAQUS. For the finite element modeling of the pressure tank, the 3-dimensional layered solid element was utilized. From the stress results of pressure tanks, maximum stress criterion in transverse direction was applied to modify material properties for failed region. In the end of each load increment, resultant layer stresses were compared with a failure criterion and properties were reduced to 1/10 for a failed layer. Results of progressive failure analysis were compared with two experimental data.

• 한국가스학회지
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• 제16권3호
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• pp.16-21
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• 2012

본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 110L 수소연료 저장탱크에 대한 강도안전성을 FEM으로 해석하였다. 6061-T6 알루미늄 라이너의 외벽면에는 Toray의 T800-24K와 T700-12K, 그리고 Mitsubishi Ray의 MR60H-24P 탄소섬유를 사용하여 와인딩한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국의 DOT-CFFC와 KS의 안전규격으로 고찰하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, 거의 유사한 소재특성을 갖는 Toray의 T800-24K와 Mitsubishi Ray의 MR60H-24P는 70MPa의 수소연료 저장탱크를 제조하는데 사용해도 안전한 것으로 나타났다. 반면에, Toray의 T700-12K는 70MPa의 충전압력을 갖는 복합소재 저장탱크를 제조하기에는 강도안전성을 보장할 수 없으므로 60MPa 이하의 수소연료 복합소재탱크 제조를 권장한다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.17-20
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• 2005

In-situ structural health monitoring of filament wound pressure tanks were conducted during water-pressurizing test using embedded fiber Bragg grating (FBG) sensors. We need to monitor inner strains during working in order to verify the health condition of pressure tanks more accurately because finite element analyses on filament wound pressure tanks usually show large differences between inner and outer strains. Fiber optic sensors, especially FBG sensors can be easily embedded into the composite structures contrary to conventional electric strain gages (ESGs). In addition, many FBG sensors can be multiplexed in single optical fiber using wavelength division multiplexing (WDM) techniques. We fabricated a standard testing and evaluation bottle (STEB) with embedded FBG sensors and performed a water-pressurizing test. In order to increase the survivability of embedded FBG sensors, we suggested a revised fabrication process for embedding FBG sensors into a filament wound pressure tank, which includes a new protecting technique of sensor heads, the grating parts. From the experimental results, it was demonstrated that FBG sensors can be successfully adapted to filament wound pressure tanks for their structural health monitoring by embedding.

• Composites Research
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• 제18권5호
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• pp.1-8
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• 2005

여러 복합재료 제작기법 중에서 필라멘트 와인딩 제작 기법은 압력탱크, 파이프 등과 같은 실린더 형태의 축대칭 구조물의 제작에 가장 효율적인 방법이다. 또한, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 운용 중 큰 내압을 받게 되며 복잡한 손상 메커니즘과 파손 모드를 가지고 있다. 그러므로, 필라멘트 와인딩으로 제작된 복합재료 압력탱크는 탱크의 제작 과정과 제작 후 전 과정 동안의 탱크에 대한 건전성 모니터링이 필요하며 이를 위해 탱크의 제작 시부터 탱크 내부의 여러 지점에 센서가 삽입 적용되어야 한다. 여러 센서 중에서 광섬유 센서는 복합재료 내부에 삽입이용이한 센서이며 특히, 광섬유 브래그 격자 센서(fiber Bragg grating Sensors, FBG센서)는 다중화(multiplexing)가 용이한 것을 큰 장점으로 가장 많이 채택되고 있다. 하지만, FBG 센서를 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크에 성공적으로 삽입 적용하기 위해서는 극심한 탱크의 삽입 환경에 대한 센서의 삽입 기법의 개발이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 필라멘트 와인딩된 복합재료 압력탱크의 제작 시 FBG 센서를 탱크 내부에 다중화하여 삽입적용하기 위한 기법에 대하여 연구하였다.

• 한국재료학회지
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• 제21권11호
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• pp.623-627
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• 2011

This is a study on the distribution of acoustic emission parameters during a burst test for a type-II CNG vehicle fuel tank. A resonant AE sensor with a central frequency of 150 kHz was attached to the composite materials in the center of the fuel tank. The pressure was increased from 30 to 100% of the expected burst pressure and was maintained for 10 minutes at each level. Damage at 70% of expected burst pressure occurred by various damage mechanisms including fiber breakage and delamination, while that of below 60% only occurred by matrix crack initiation and growth. The count, duration and rise time of the AE signal at 60% of the expected burst pressure are distributed below 500, 5000 ${\mu}s$ and 300 ${\mu}s$, respectively. Then, at above 70% they increased with pressure by superimposing of individual AE signal generated at a nearby place. These results confirmed that the analysis of the distribution of AE parameters is an effective tool for estimating damage of a CNG fuel tank.

• Composites Research
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• 제29권2호
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• pp.53-59
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• 2016

항공기 날개 구조물은 유체를 포함한 연료탱크로 사용되며, 연료탱크와 날개구조물을 연결하는 체결부는 복합재 구조물을 사용한다. 항공기 날개 구조물에 고속의 물체가 관통 또는 폭발하게 되면 수압램 현상이 발생하며, 수압램 현상에 의해 연료탱크에 높은 압력이 생성된다. 이러한 높은 앞력은 날개구조물 뿐만 아니라 연료탱크와 체결부의 파손을 야기하기 때문에 전투용 항공기의 기체 생존성 확보를 위해서는 수압램 효과에 대한 체결부의 거동을 확인해야 한다. 본 연구에서는 수압램 검증 시험에 앞서 항공기의 복합재 날개 외피와 스파 체결부를 모사한 4종류의 복합재 T-Joint에 정적 인장 시험을 수행하여 시편의 파손 거동을 스트레인 게이지와 초고속 카메라를 통해 확인하였다. 스트레인 게이지를 통해 얻은 변형률을 기준으로 동일한 형상과 하중 조건을 갖는 유한요소해석 모델링의 해석 결과를 비교하여 모델링의 타당성을 확인하였으며, 정적 하중에서 복합재 T-Joint의 파손응력을 확인하였다. 유한요소해석을 통해 향후 진행될 수압램 시험에서 각 시편이 파손되는 압력을 예측하였다.