Double boss type composite pressure bottles have been developed widely but single boss type had not because there are some difficulty in technical point. In this paper a research was performed to develop composite pressure vessel in conjunction with design, fabrication, and test. Fiber pattern and angles were decided by CADFIL software and they are [liner/$15^{\circ}$/$15^{\circ}$/$90^{\circ}$/$18^{\circ}$/$90^{\circ}$/$21^{\circ}$/$21^{\circ}$/$90^{\circ}$]. Fabrication of bottles was done by AEA's 5-axis filament winding machine. During fabrication fiber optic sensor were embedded to measure were behavior of structure at the applied internal pressure. Even though satisfied test results were not obtained, the experimental set-up of fiber optics showed the possibility for the application of filament wound vessels. However, the conventional strain and fabrication of single boss composite bottles.
The goals of the paper are to understand the impact damage behavior and identify the effect of surface protective materials on impact resistance in filament wound composite pressure vessels. For these, a series of low velocity impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel by the instrumented impact testing machine. The specimens are classified into two types, which are with and without surface protective material. The visualization for impact damage by two different impactors is made by metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the impact resistance parameters were employed,rod its validity in identifying the damage resistance of filament wound composite pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the surface protective material were evaluated quantitatively
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.8
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pp.2741-2749
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2010
This paper presents the impact damage behavior of filament wound composite vessels and the effect of surface protective materials on their impact resistance. Using an instrumented impact testing machine, a series of impact tests was performed on the base panels and the protected panels (panels with surface protective materials of rubber, kevlar/epoxy or glass/epoxy laminates) that were cut from the full scale vessel. And the impact damage parameters were used to identify the effect of protective materials on the damage resistance of composite vessels. Damage resistance of the composite vessels was considerably affected by the protective materials regardless of the shape of the indenters. Among the protective materials, glass/epoxy laminates was the most effective mean for improving the damage resistance of composite vessels.
Park Jae-Beom;Hwang Tae-Kyung;Kim Hyoung-Guen;Kim Jung-Kyu;Kang Ki-Weon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1109-1117
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2005
To identify damage that develops in filament wound composite pressure vessels subjected to low velocity impact, a series of impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel. The resulting damages by the three different impactors were assessed by the scanning acoustic and metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the resistance parameters were proposed and its validity in identifying the damage resistance of CFRP pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the impactor shape were estimated quantitatively.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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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.
Kang, Ki-Weon;Kim, Young-Soo;Lee, Mee-Hae;Choi, Rin
Journal of the Korean Society of Safety
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v.20
no.4
s.72
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pp.14-19
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2005
One area in which composites have been used rather extensively is for fabricating pressure vessel. These structures can be readily manufactured by filament winding, which is, as far as composite fabrication techniques are concerned, a relatively inexpensive method for producing composite structures. Unfortunately, the higher strength material and fabrication costs are not the only disadvantages of fiber-reinforced polymer composites when they are compared to metals. Additionally, these materials tend to exhibit brittle behavior. This is of particular concern when they are subjected to a low-velocity impact during routine handling a significant amount of structural damage can be introduced into the composites. The goals of this paper are to understand the impact damage behavior and identify the effect of surface coating materials on impact resistance in filament wound composite pressure vessels. For these, a series of low velocity impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel by the instrumented impact testing machine. The specimens are classified into two types with and without surface protective material. The visualization for impact damage is made by metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the resistance parameters were employed and its validity in identifying the damage resistance of pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the protective material were evaluated quantitatively.
A reseach was peformed to develop composite pressure vessels in conjunction with design, fabrication, and test. Fiber pattern and angels were decided by CADFIL software and they were [$liner/15^{\circ}/15^{\circ}/90^{\circ}/18^{\circ}/90^{\circ}/21^{\circ}/21^{\circ}/90^{\circ}$]. Fabrication of bottles were done by 5-axis filament winding machine. During fabrication fiber optic sensors were embedded to measure the strain at points when internal pressure was applied by water pump. Conventional strain gage instrumentation showed the stable test results. The test results were compared to finite element analysis results and they were close each other in strain values. One can see the successful design and fabrication of single boss composite vessels.
Composite pressure vessels with HDPE (high density polyethlyne) liner with metal boss at each end were developed by Filament Winding Process. The vessel is composed of a dome-shaped part at each end and a cylinder-shaped part at the middle of the vessel. The environmental tests carried out for possible vessel materials such as High Density Polyethlyn (HDPE), resins and reinforcing fibers up to a year showed no significant damages. The boss was designed to minimize the gas leak which was verified by FEM analysis. Most ideal fiber tension was obtained by experimental method and the fiber volume fraction, $\textrm{V}_{f}$, obtained by image analyzer were 55.4 % in cylinder and 55.6 % in dome parts, respectively. Winding pattern is programmed to control the composite thickness in the dome areas such that the failure of the vessel may occur in the cylinder. During the cure, the vessel was rotated and a constant internal pressure of 0.62 bar was applied. From this, the vessel's burst pressure is improved by 28 %. The burst and fatigue tests for under-wound and fully wound vessel showed satisfactory results.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.10-14
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2002
Structural behavior of high-pressure composite vessels of TYPE 3 (full-wrapped over a seamless aluminum liner) was studied through numerical simulations based on 3D nonlinear finite element method. Under high-pressure loading, a TYPE 3 composite vessel shows material nonlinearity due to elastic-plastic deformation of aluminum liner, and mismatch of deformation at the junction of cylinder and dome causes geometrical nonlinearity. Finite element modeling and analysis technique considering this nonlinearity was presented, and a pressure vessel of 6.8L of internal volume was analyzed. Design specification to satisfy requirements was determined based on analysis results.
The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field 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 proceeding to the sudden bursting which is generated by the pressure leakage condition. Therefore, Pressure vessels using this composite material can be applied in the field such as defence industry and aerospace industry. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding of composite vessel subjected to internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS with AutoLISP and ANSYS APDL languages, general commercial software, which is verified as useful characteristic of the solution. Among the modules of the system, both the process planning module for carrying out the process planning of filament wound composite pressure vessel and the autofrettage process module for obtaining higher residual stress will minimize trial and error and reduce the period for developing new products. The system can serve as a valuable system for experts and as a dependable training aid for beginners.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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