Park, Ji-Sang;Cheung, Sang-Su;Chung, Jae-Han;Cho, Sung-Min;Kim, Tae-Wook
New & Renewable Energy
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v.4
no.3
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pp.51-57
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2008
The objective of this study is to develop and validate a compressed hydrogen storage system for fuel cell vehicles. The type3 composite cylinder consists of full wrapped composites on a seamless aluminum liner. The key technologies, including design, analysis, and optimized fabrication process for 350bar composite cylinder, were established and verified, and the facilities for fabrication and validation testing have been constructed. Prototype cylinders were fabricated and validated through burst test and ambient cycling test in accordance with international standard.
A palladium can adsorb hydrogen and detect leaking hydrogen through changes in color and electrical resistance. This study is to evaluate the structural behavior of carbon fiber adding palladium composite materials used in the hydrogen storage vessel. A multi-scale analysis technique was used to analyze accurately the behavior of each material in relation to the microscopic composition. The multi-scale analysis is more proper and precise for composite materials because of considering the individual microscopic structure and properties of each material for composite materials. Also the crack evaluation was performed by XFEM analysis to confirm the reinforcement performance of aluminum as a liner of the hydrogen vessel. The results show that the addition of the palladium material increased the macroscopic stress, but microscopically the carbon fiber stress was reduced. It means the performance improvement of the palladium added carbon fiber/Al composite.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.5
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pp.120-125
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2015
This research aims to increase the reliability and reproducibility of the ambient cycling test by properly making corrections to the test procedure. The vessel (106 L) is initially filled with 70 L of water and horizontally placed on a balance. The pressure range inside the vessel varies from 2.5 to 25.9 MPa at the frequency of 6 cycles per minute. After reviewing the results, there was a temperature difference of approximately $10^{\circ}C$ between the air pocket and the water, and the upper part of the liner faced a repeated temperature change of $40^{\circ}C$. It is possible for the aluminum liner of the composite vessel to be damaged by such a sharp change in temperature. Additionally, as a result, no pass having anything to do with the purpose of the test would occur. Therefore, it is suggested that the air pocket be completely removed.
This paper presents a strength safety evaluation of composite pressure container for hydrogen fuel tanks with a storage capacity of 104 liter and 70MPa pressure. The carbon fiber composite container is manufactured by an aluminum liner of Al6061-T6 and composite multi-layers of hoop winding layer in circumferential direction, $12^{\circ}C$ inclined winding layer and $70^{\circ}C$winding layer in helical direction respectively. The FEM results on the strength safety of composite fuel tanks were evaluated with a criterion of design safety of US DOT-CFFC and KS B ISO 11119-2 codes. The FEM computed results indicate that the proposed design model of 104 liter composite container is safe based on two strength safety codes. But, the computed results of carbon fiber fuel tanks based on US DOT-CFFC code is safer compared with that of KS B ISO 11119-2. Thus the hydrogen gas pressure container of 70MPa may be evaluated and designed by US DOT-CFFC code for more strength safety.
Park, Woo Rim;Jeon, Sang Koo;Kim, Song Mi;Kwon, Oh Heon
Journal of the Korean Society of Safety
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v.34
no.5
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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.
In this study, effects of curing temperature and autofrettage pressure on a Type 3 cryogenic propellant tank, which is composed of composite hoop/helical layers and a metal liner, were investigated by thermo elastic analysis and composite/aluminum ring specimen tests. Temperature field of a Type 3 tank was obtained from solving the heat transfer problem and, in turn, was used as nodal temperature boundary conditions during the elastic analyses for curing temperature and autofrettage pressure effects. As a result, it was shown that the higher curing temperature was, the more residual compressive stress and tensile stress were induced in composites and metal liner, respectively. On the contrary, autofrettage pressure brought the reduction of these residual thermal stresses caused by cryogenic environments to the tank structure. This tradeoff for curing temperature and autofrettage pressure must be considered in the design and manufacturing stages for a Type 3 cryogenic tank.
Type3 cylinder is a composite pressure vessel fully over-wrapped with carbon/epoxy composite layers over an aluminum liner, which is the most ideal and safe high pressure gas container for CNG vehicles due to the lightweight and the leakage-before-burst characteristics. During service in CNG vehicle, if a fiber cut damage occurs in outer composite layers, it can degrade structural performance, reducing cycling life from the original design life. In this study, finite element modeling and analysis technique for the composite cylinder with fiber-cut crack damage is presented. Because FE analysis of type3 cylinder is path dependant due to plastic deformation of aluminum liner in autofrettage process, method to introduce a crack into FE model affect analysis result. A crack should be introduced after autofrettage in analysis step considering real circumstances where crack occurs during usage in service. For realistic simulation of this situation, FE modeling and analysis technique introducing a crack in the middle of analysis step is presented and the results are compared with usual FE analysis which has initial crack in the model from the beginning of analysis. Proposed analysis technique can be used effectively in the evaluation of influence of damage on composite layers of type3 cylinder and establish inspection criteria of composite cylinder in service.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.7
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pp.592-600
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2007
Nowadays, researches for replacing material systems for cryotanks by composites have been being performed for the purpose of lightweight launch vehicle. In this paper, a type 3 propellant tank, which is composed of the composite developed for cryogenic use and an aluminum liner, was fabricated and tested considering actual operating environment, that is, cryogenic temperature and pressure. For this aim, liquid nitrogen (LN2) was injected into the fabricated tank and in turn, gaseous nitrogen (GN2) was used for pressurization. During this test procedure, strains and temperatures on the tank surface were measured. The delamination between hoop layer and helical one, was detected during the experiment. Several attempts were followed to investigate the cause analytically and experimentally. Thermo-elastic analysis in consideration of the progressive failure was done to evaluate the failure index. Experimental approach through a LN2 immersion test of composite/aluminum ring specimens suitable for simulating the Type 3 tank structure.
In the development of a cryogenic propellant tank, the proper selection of adhesives to bond composite and metal liner is important for the safety of operation. In this study, 3 types of adhesives were tested for the ability to bond CFRP composites developed for cryogenic use and aluminum alloy (Al 6061-T6) for lining the tank using double-lap joint specimens. The double-lap joint specimens were tested inside an environmental chamber at room temperature and cryogenic temperature ($-150^{\circ}C$) respectively to compare the bond strength of each adhesive and fracture characteristics. The material properties with temperature of component materials of double-lap joints were measured. In addition, ABAQUS was used for the purpose of analyzing the experimental results.
Al-Si piston alloys such as AlS10CuMg have been anodized to examine apossibility of forming a hard film aat relatively higher temperatures compard with those in conventional sulfuric acid processes. Three types of electrolytes have been employed in this study ; electrolyte A(15% H2SO4, $0^{\circ}C$), electrolyte B(12% H2SO4, 1% oxalic, $10^{\circ}C$), electrolyte C(tartaric acid 125g/L+oxalic 75g/L+aluminum sulfate 225g/L, $25^{\circ}C$). Hard anodisine process in electrolyte B at a current density of 1.54A/dm2 produced a harder film of VHN 396 at a relatibely low film forming voltage compared with those obtained in other electrolyte at equivalent current density. A liner relationship between hardness and abrasion resistance exists for Al-Si piston alloys. The hardness of anodized film decreasees with increasing silicon content in Al-Si alloys and also with bath temperature. The film hardeness of Na-modified alloy os higher than that of P-modified alloy due to its finer microstructre. The film on the silicon phase in Al-Si alloys is observed to be formed by lateral growth of oxide film nucleated at surroundings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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