• Composites Research
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• 제21권1호
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• pp.1-7
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• 2008

복합재 고압 용기는 우수한 기계적 강도를 유지하면서 경쟁적인 무게절감을 얻을 수 있는 복합재의 장점으로 인해 최근에 많이 사용되고 있다. 하지만 고압에서 발생하는 복합재의 기밀 문제(permeability)를 보완하기 위해 금속으로 덧대는 Type 3 형태의 구조로 많이 사용된다. 그러나 복잡한 기하학적 형상, 제조공정 변수 등으로 인해 차입 3 형태의 압력용기를 설계하는 데에는 많은 어려움이 뒤따른다. 따라서 본 연구에서는 이러한 변수들을 고려하는 준측지궤적 알고리즘(semi-geodesic algorithm)과 최적화를 위한 유전자 알고리즘을 적용하여 차입 3 복합재 압력용기의 GUI(graphic user interface) 최적설계 프로그램을 개발하였다. 또한 개발된 프로그램을 이용하여 연료 전지 자동차에 적용되는 350/700 바 수소저장용기에 대해 최적 설계를 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권11호
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• pp.1265-1272
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• 2014

본 논문에서는 CZM(Cohesive Zone Model)을 이용하여 돔 분리형 복합재 압력용기 접착 체결부의 점진적 파손 해석에 대한 연구를 수행하였다. 접착 요소(cohesive element)의 물성을 도출하기 위해 모드I, II 그리고 혼합모드에 대한 층간파괴인성들을 시험을 통해 도출하였다. 이때, 모든 시험편은 복합재 압력용기와 동일한 필라멘트 와인딩 제작공정을 통해 제작되었다. 이중 겹치기 이음(double-lap joint) 시험은 접착제의 전단강도와 CZM을 이용한 점진적 파손해석의 신뢰도 검증을 위해 수행하였다. 그 결과, 접착제의 전단강도는 시험으로부터 32MPa을 얻었고, 시험과 해석의 오차는 약 4.4%의 오차가 발생하여 CZM이 접착 체결부의 점진적 파손 거동을 비교적 잘 모사함을 확인하였다. 최종적으로 신뢰성이 검증된 CZM을 복합재 압력용기 접착 체결부에 적용하여 운용하중조건에서의 점진적 파손해석을 수행한 결과, 전체 200mm를 갖는 접착 체결부 길이의 약 5.8%만이 점진적 파손이 발생하는 것으로 나타나 복합재 압력용기의 구조 안전성에는 영향을 주지 않음을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.257-263
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• 2021

복합재료는 높은 비 강성 및 비 강도 특성으로 인해 기체 혹은 액체 연료를 저장하기 위한 압력 용기의 설계 및 제작에 널리 활용되고 있다. 이에 따라, 압력용기의 파열압력 또는 파단 변형률의 기계적 특성의 보다 정확한 측정은 상용화 전에 필수적 요소이다. 그러나, 기존의 시험방법을 활용한 복합재료 압력 용기의 안전성 검증은 하중 전달 매체의 변형으로 인한 추가적인 에너지 손실의 발생과, 불필요한 하중 및 모멘트의 발생 등의 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 수직기둥의 이론적인 하중전달 정도와 적용 가능한 수직방향 변위를 고려하여 세그먼트형 링 버스트 시험장치를 설계하였다. 또한, 세그먼트 형 링 버스트 시험장치의 균일한 압력분포를 검증하기 위해 수치해석을 활용하였고, 수압 시험방법과 링 시편의 원주방향 응력 및 변형률 분포를 비교하였다. 복합재료 압력용기의 파괴 거동을 모사하기 위해 Hashin 파손 기준을 적용하였고, 실험적으로 파단 변형률을 측정하여 이를 수치해석 결과와 비교하였다.

• 한국안전학회지
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• 제32권5호
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• pp.1-7
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• 2017

Forensic Engineering is the art and science of professionals qualified to serve as engineering experts in courts of law or in arbitration proceedings. Buses using compressed natural gas (CNG) trend to be extended in use internationally as optimal counterplan for reducing discharge gas of light oil due to high concern about environment. However, CNG buses is equipped with composite pressure vessels (CPVs); since the CPVs contain compressed natural gas, the risks in the case of accident is very high. In this study, the bursting test for the pressure vessel depending on the heat treatment conditions of the vessel in which the actual ruptured accident occurred, after the bursting test, the fracture pattern analysis had performed. The mechanical materials properties test using Instrumented Indentation Test had performed to confirm the mechanical properties for each heat treatment cases. Also, the fractography analysis and metallographic analysis had performed to find out the difference of each heat treatment case. By comparing normal vessel with abnormal vessel which have defect of heat treatment conditions in term of the bursting patterns and characteristics of containers using various forensic engineering methods, especially, it is possible to understand how important the heat treatment process is in the high pressure vessel unlike any product.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.172-179
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• 2021

The drop impact analysis was carried out on Type 4 pressure containers, and the degree of damage to the falling environment was predicted and determined using smoothed particle hydrodynamics (SPH) techniques. The purpose of the design and the optimization process of the winding pattern of the pressure vessel of the composite material is to verify the safety of the container in actual use. Finally, an interpretation process that can be implemented in accordance with domestic test standards can be established to reduce the cost of testing and containers through pre-test interpretation. The research on the fall analysis of pressure vessels of composite materials was conducted using Abaqus, and optimization was conducted using ISIGHT. As a result, the safety of composite pressure vessels in the falling environment was verified.

• Composites Research
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• 제20권4호
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• pp.31-41
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• 2007

시스템 요구 조건에 따른 다양한 돔 형상 설계를 위하여 외부 하중이 고려된 돔 형상 설계 식이 제시되었고, 동일 원통부와 보스 오프닝을 가지면서 다른 돔 형상을 갖는 압력 용기의 성능(파열압력*내부용적/복합재무게) 변화를 유한요소해석을 통하여 평가하였다. 해석 결과는 돔 형상이 낮아질수록 파열 압력이 저하되어 압력 용기 성능이 저하됨을 나타내었다. 특히 원통부 반경과 보스 오프닝간의 비를 나타내는 보스 오프닝 크기 비율(${\rho}\;o$)이 큰 경우는 돔 형상이 낮아짐에 따라 복합재 무게 증가율이 크게 나타남으로서 압력 용기 성능 저하의 원인이 되었고, 파열 압력 상승을 위하여 돔 부위에 추가적인 보강설계가 요구되었다. 예를 들어 ${\rho}\;o=0.35$ 이하의 돔인 경우, 돔 형상 변화가 크지 않음으로서 돔 형상 변화에 따른 압력 용기 성능 변화도 크지 않은 것으로 나타난 반면, ${\rho}\;o=0.54$ 이상의 압력 용기인 경우 낮은 돔으로 변화됨에 따라 파열 압력 감소와 복합재 무게 증가로 압력 용기 성능 저하가 비교적 크게 나타나서 압력 용기 내부 용적 증가나 스커트와 돔간의 공간 확보가 우선인 설계 조건을 제외하고는 낮은 돔 형상 설계가 바람직하지 않은 것으로 나타났다.

• 연구논문집
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• 통권30호
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• pp.129-135
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• 2000

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.

• 소성∙가공
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• 제28권4호
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• pp.203-211
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• 2019

In this study, the weight of type IV pressure vessel is optimized through the burst pressure condition using the finite element analysis (FEA) based on the genetic algorithm (GA). The optimization design variables include the thickness of composite layers and the winding angles. The optimized design variables are validated using the numerical simulations for the pressure vessel. Consequently, the weight is decreased by about 6.5% as compared to the previously reported results for Type III pressure vessel. Additionally, a method which reduces the entire optimization time is proposed. In the original method, the population size is constant across all generations. However, the proposed method could reduce the workload through the reduction of the population size by half for every 25 generations. Thus, the proposed method is observed to increase the weight by about 0.1%, however, the working time for the optimization could be decreased by about 46.5%.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.212-218
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• 2021

In this study, we conducted a design optimization of the Type 4 composite pressure vessels to enhance the pressure-resistant performance of the vessels while keeping the thickness of the composite layer. The design variables for the optimization were the stacking angles of the helical layers of the vessels to improve the performance. Since the carbon fibers are expensive material, it is desirable to reduce the use of the carbon fibers by applying an optimal design of the composite pressure vessel. The structural analysis and optimization process for the design of Type 4 composite pressure vessels were carried out using a commercial finite element analysis software, Abaqus and a plug-in for automated simulation, Isight, respectively. The optimization results confirmed the performance and safety of the optimized Type 4 composite pressure vessels was enhanced by 12.84% compared to the initial design.

• 한국안전학회지
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• 제23권5호
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• pp.15-21
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• 2008

The bus using compressed natural gas(CNG) trend to be extended in use internationally as optimal counter-plan for reducing discharge gas of light oil due to high concern about environment. But, Composit pressure vessels(CPV) to be equipped with CNG bus is always involved in the point that safety accidents happen due to having compressed natural gas. In this report, we analysis the cause of CPV bursting accident by reviewing design and manufacture factor and suggest preventive measure through this case.