• 한국안전학회지
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• 제34권5호
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• pp.7-14
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• 2019

The type III vessel, which is used to store high-pressure hydrogen gas, is made by wrapping the vessel's liner with carbon fiber composite materials for strength performance and lightening. The liner seals the internal gas and the composite resists the internal pressure. The properties of the fiber composite material depends on the angle and thickness of the fiber. Thus, engineers should consider these various design variables. However, it significantly increases the design cost due to the trial and error under designing based on experience or experiments. And, for aluminum liners, fatigue loads due to using and charging could give a huge impact on the performance of the structure. However, fatigue failure does not necessarily occur in the position under the highest load in use. Therefore, for hydrogen storage vessel, fatigue evaluation according to design patterns is essential because stress distribution varies depend on composite layer patterns. This study performed an optimization analysis and evaluated a high-pressure hydrogen storage vessel to minimize these trial and error and improve the reliability of the structure, while simultaneously conducting fatigue assessment of all patterns derived from the optimization analysis process. The results of this study are thought to be useful in the strength improvement and life design of composite reinforced high-pressure storage vessels.

• 한국기계가공학회지
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• 제17권6호
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• pp.151-157
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• 2018

In this study, we have developed a composite pressure vessel that is compact and can store refrigerant at high pressure to increase the refrigerant volume. The composite pressure vessel is made of aluminum-based duralumin, which has high rigidity and excellent elongation in the inner liner, considering the characteristics of products in the aerospace and defense industry, where the safety of the applied product is considered as a priority. High strength carbon fiber was applied to the outside. In order to evaluate the performance of the developed product, burst test and cycling test were carried out. In burst test, an excellent safety margin equivalent to 2.7 times the operating pressure was obtained. In cycling test, a stable failure mode in which 'pre-burst leak' occurs is proved and the soundness of the product is proved.

• Composites Research
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• 제19권3호
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• pp.7-14
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• 2006

본 논문에서는 내압 하중을 받는 복합재 압력 용기의 신뢰도를 구하기 위해 확률적 강도 해석이 수행되었다. 이때 확률적 강도 해석은 점진적 파손 모델과 몬테카를로 시뮬레이션으로 구성된 확률 연속 파손 모델과 상용 유한 요소 해석 코드인 ABAQUS가 연계한 형태로서 복잡한 형상 및 경계 조건을 갖는 복합재 구조물의 확률적 파손 해석을 수행하게 된다. 설계확률 변수로서 복합재 층의 각 방향 별 강도가 고려되었다. 최종적으로, 확률 강도 해석을 통해 복합재 압력 용기의 파열 압력 분산 현상이 설명되었고, 복합재 압력 용기의 각 부위별 신뢰도 값이 제시되었다. 양산 중인 복합재 구조물인 경우, 재료 및 제작 공정의 불확실성이 구조물 성능에 미치는 영향이 더욱 커지게 되어 확률 강도 해석을 이용한 구조 설계가 필수적이다.

• 한국정밀공학회지
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• 제20권1호
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• pp.205-213
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• 2003

The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field where the weight reduction of the infrastructure is demanded because of their high specific modulus and specific strength. It has two main merits which are to cut down energy by reducing weight and to prevent explosive damage preceding to the sudden bursting which is generated by the pressure leakage condition. Therefore, Pressure vessels using this composite material in comparison with conventional metal vessels can be applied in the field such as defense industry, aerospace industry and rocket motor case where lightweight and the high pressure are demanded. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding composite pressure vessel receiving an internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS, general commercial software, which is verified as the accuracy and useful characteristic of the solution based on Auto LISP and ANSYS APDL. Both the preprocessor for doing exclusive analysis of filament winding composite pressure vessel and postprocessor that simplifies result of analysis have been developed to help the design engineers.

• Composites Research
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• 제35권6호
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• pp.425-430
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• 2022

수소가스용 압력용기의 안전성 평가를 위해 다양한 내구성 시험이 요구된다. 고온 정압 시험은 고압(875 bar) 하에 고온(85℃ 이상)에서 장시간(1,000시간) 유지하여 수소 용기의 내구성을 시험하는 방법이며 승용차용 용기에 한정되어 있다. 하지만 대용량 수소버스용 용기와 관련된 고온 정압 시험의 국제 기준은 논의 초기 단계이며, 시험의 효율성 및 신뢰성 측면에서 가속시험 기준 제시 등의 현실적 보완이 필요하다. 본 연구에서는 수소버스용 내압용기의 고온 정압 시험 기준을 정립하기 위해 열적환경에 노출된 내압용기 복합재의 기계적 물성평가를 진행하였다. 복합재의 인장강도는 수지의 유리전이온도에 가까워질수록 수지의 열화로 인해 강도가 감소한다. 또한 장시간 유지 시 수지의 후경화로 인해 인장강도의 재상승을 확인할 수 있었다. 따라서 대용량 수소버스용 압력용기의 고온 정압 시험은 탄소섬유 복합재의 에폭시 수지 물성을 바탕으로 시험 조건을 설정해야 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권1호
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• pp.23-30
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• 2002

Abstract The optimization is performed to reduce the mass of CNG pressure vessel reinforced with composite materials in the hoop direction. An axisymmetric shell element which takes into account the layered liner and hoop composite materials is thus developed and incorporated into a program Axicom. The accuracy of the program is then verified using the 4 noded element in ANSYS. Three different cases of optimization are then performed using the Axicom: (1) uniform hoop thickness, (2) varying hoop thickness, and (3) varying the ply angles and accordingly the thickness. Compared with a traditional method, cases (2) and (3) were found to be very effective in reducing the thickness and cost of the hoop composite materials by about 80% without sacrificing the safety factors.

• Composites Research
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• 제16권6호
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• pp.1-9
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• 2003

본 논문에서는 웨이블 분포 함수를 이용한 확률 파손 해석을 통해 복합재 압력 용기의 섬유 강도를 예측하였다. 그리고 섬유 강도의 크기 효과를 확인하고 해석의 타당성을 입증하기 위하여 섬유 인장 시편, 한 방향 복합재 시편과 복합재 압력 용기를 이용만 강도 시험이 수행되었다. 해석적 방법으로 웨이블 최약 링크 파손 모델과 다단계 연속 파손 모델을 이용하였고, 해석 결과를 상호 비교하였다. 크기 효과에 의해, 시편의 부피가 증가함에 따라 섬유 인장 강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 해석을 통해 예측한 한 방향 복합재 시편과 복합재 압력 용기의 후프 층 섬유 강도 분포는 시험 값과 좋은 일치를 보였다. 섬유 강도의 크기 효과는 소재와 제작 공정 변수의 함수로서, 다른 소재 및 제작 공정에 대해서는 다른 크기 효과를 보이게 된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.288-292
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• 2008

동일 보스 오프닝에 대해 여러 형상의 돔을 설계할 수 있는 복합재 압력용기용 형상 식이 제시되었고, 이러한 돔 형상 변화에 따른 복합재 압력용기의 성능(파열압력*내부용적/복합재무게) 변화를 유한 요소 응력해석과 시험을 통해 규명하였다. 해석을 통해 예측한 돔 형상 변화에 따른 압력용기의 파열압력이 시험 결과와 좋은 일치를 나타내었다. 전반적으로 돔 형상이 낮아짐에 따라 압력용기 내부 용적이 증가하였으나, 파열 압력은 저하되는 현상을 나타내었다. 보스 오프닝 비(${\rho}_o$)가 0.54 이상인 경우, 돔 형상이 낮아짐에 따라 파열 압력이 저하되어 성능 저하가 나타났다. 그러나 보스 오프닝 비(${\rho}_o$)가 0.34이하 경우 돔 형상 변화에 따른 파열 압력 저하가 크지 않음으로 성능의 큰 변화가 없었다.

• 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.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2013년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.297-298
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• 2013