고압가스용 복합재료 Type 3 용기의 라이너와 복합재료가 실제 파열압력의 정확성을 확인하기 위하여 파열시험과 유한요소해석을 통하여 고찰을 하였다. Type 3 용기는 다른 고압가스용 용기에 비해 가벼운 중량, 소형화, 내구성 및 안전성 등이 높기 때문에 지구 대기오염 개선 및 석유대체 수송에너지의 청정연료로 부각되고 있는 수소가스 저장용기로 사용이 증가될 전망이다. 따라서 본 논문은 고압가스용 복합재료 Type 3 용기를 구성하고 있는 복합재료의 특성을 파악하고, 유한요소 해석을 위한 기초자료로서 탄소섬유와 복합재료의 특성과 알루미늄 라이너의 특성을 기존 논문과 국제규격 및 KGS 코드 등에서 인용을 하였고, 기존 연구된 결과 조사하였다. 고압가스용 복합재료 Type 3 용기의 파열시험을 위하여 최대 400 ㎫ 까지 0.35 ㎫/s 의 속도로 가압할 수 있고 연속기록이 가능한 파열시험설비를 사용하여 파열시험을 실시하였다. 3개의 Type 3 용기에 대한 파열시험 결과 각각 106.9 ㎫, 113.5 ㎫, 124.8 ㎫ 에서 용기 라이너부분에서 파열이 발생하였다. 파열압력까지의 가압시간이 빠를수록 파열압력이 낮아지고, 가압시간이 길수록 파열압력이 높아졌다. 따라서 충전 시 빠른 시간의 가압은 파열압력이 낮아짐을 알 수 있었다. 해석은 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 실제와 가까운 복합용기 ...
고압가스용 복합재료 Type 3 용기의 라이너와 복합재료가 실제 파열압력의 정확성을 확인하기 위하여 파열시험과 유한요소해석을 통하여 고찰을 하였다. Type 3 용기는 다른 고압가스용 용기에 비해 가벼운 중량, 소형화, 내구성 및 안전성 등이 높기 때문에 지구 대기오염 개선 및 석유대체 수송에너지의 청정연료로 부각되고 있는 수소가스 저장용기로 사용이 증가될 전망이다. 따라서 본 논문은 고압가스용 복합재료 Type 3 용기를 구성하고 있는 복합재료의 특성을 파악하고, 유한요소 해석을 위한 기초자료로서 탄소섬유와 복합재료의 특성과 알루미늄 라이너의 특성을 기존 논문과 국제규격 및 KGS 코드 등에서 인용을 하였고, 기존 연구된 결과 조사하였다. 고압가스용 복합재료 Type 3 용기의 파열시험을 위하여 최대 400 ㎫ 까지 0.35 ㎫/s 의 속도로 가압할 수 있고 연속기록이 가능한 파열시험설비를 사용하여 파열시험을 실시하였다. 3개의 Type 3 용기에 대한 파열시험 결과 각각 106.9 ㎫, 113.5 ㎫, 124.8 ㎫ 에서 용기 라이너부분에서 파열이 발생하였다. 파열압력까지의 가압시간이 빠를수록 파열압력이 낮아지고, 가압시간이 길수록 파열압력이 높아졌다. 따라서 충전 시 빠른 시간의 가압은 파열압력이 낮아짐을 알 수 있었다. 해석은 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 실제와 가까운 복합용기 모델링을 하기 위해서 주기적 대칭조건과 3차원 적층 고체요소, 재료 비선형 해석, 기하학적 비선형 해석 및 각 하중 단계별 해석을 적용하여, 초도설계 · 해석으로 산출될 수 없는 복합재층의 응력분포 상태를 예측하고, 라이너와 와인딩 레이어의 두께를 확정했으며, 형상 및 와인딩 패턴에 따른 취약부를 확인하고, 파손 모드 확인과 자긴처리 압력을 결정하였으며, 자긴처리 후 잔류응력 수준을 확인하였다. 이상의 실험과 유한요소해석 결과를 토대로, 고압가스용 복합재료용기의 내부응력은 돔부위보다 라이너부에 집중되도록 설계되어지고, 파열은 라이너부에서 시작되는 것을 확인할 수 있었다.
고압가스용 복합재료 Type 3 용기의 라이너와 복합재료가 실제 파열압력의 정확성을 확인하기 위하여 파열시험과 유한요소해석을 통하여 고찰을 하였다. Type 3 용기는 다른 고압가스용 용기에 비해 가벼운 중량, 소형화, 내구성 및 안전성 등이 높기 때문에 지구 대기오염 개선 및 석유대체 수송에너지의 청정연료로 부각되고 있는 수소가스 저장용기로 사용이 증가될 전망이다. 따라서 본 논문은 고압가스용 복합재료 Type 3 용기를 구성하고 있는 복합재료의 특성을 파악하고, 유한요소 해석을 위한 기초자료로서 탄소섬유와 복합재료의 특성과 알루미늄 라이너의 특성을 기존 논문과 국제규격 및 KGS 코드 등에서 인용을 하였고, 기존 연구된 결과 조사하였다. 고압가스용 복합재료 Type 3 용기의 파열시험을 위하여 최대 400 ㎫ 까지 0.35 ㎫/s 의 속도로 가압할 수 있고 연속기록이 가능한 파열시험설비를 사용하여 파열시험을 실시하였다. 3개의 Type 3 용기에 대한 파열시험 결과 각각 106.9 ㎫, 113.5 ㎫, 124.8 ㎫ 에서 용기 라이너부분에서 파열이 발생하였다. 파열압력까지의 가압시간이 빠를수록 파열압력이 낮아지고, 가압시간이 길수록 파열압력이 높아졌다. 따라서 충전 시 빠른 시간의 가압은 파열압력이 낮아짐을 알 수 있었다. 해석은 상용 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 실제와 가까운 복합용기 모델링을 하기 위해서 주기적 대칭조건과 3차원 적층 고체요소, 재료 비선형 해석, 기하학적 비선형 해석 및 각 하중 단계별 해석을 적용하여, 초도설계 · 해석으로 산출될 수 없는 복합재층의 응력분포 상태를 예측하고, 라이너와 와인딩 레이어의 두께를 확정했으며, 형상 및 와인딩 패턴에 따른 취약부를 확인하고, 파손 모드 확인과 자긴처리 압력을 결정하였으며, 자긴처리 후 잔류응력 수준을 확인하였다. 이상의 실험과 유한요소해석 결과를 토대로, 고압가스용 복합재료용기의 내부응력은 돔부위보다 라이너부에 집중되도록 설계되어지고, 파열은 라이너부에서 시작되는 것을 확인할 수 있었다.
Type 3 cylinder can be used to store hydrogen gas and its use will increase as hydrogen gas is used widely as an alternative clean energy source to solve the problem of global warming. Hydrogen gas (B.P. -253 ℃) is charged in high pressure gas, because it is very difficult to store in liquid state. ...
Type 3 cylinder can be used to store hydrogen gas and its use will increase as hydrogen gas is used widely as an alternative clean energy source to solve the problem of global warming. Hydrogen gas (B.P. -253 ℃) is charged in high pressure gas, because it is very difficult to store in liquid state. Thus, the cylinder charged with high pressure hydrogen gas has higher risk of explosion, fatigue, shock and heat deterioration than other high-pressure gas cylinders. In this paper, in order to verify the structural integrity of Type 3 composite cylinders, which were produced similarly to hydrogen gas storage cylinders, theoretical studies were performed by conducting finite element analyses and reviewing various regulations. And bust tests were also performed with Type 3 cylinders and the results of the test were reviewed and compared with those from theoretical studies. Analyses and modeling are performed using the program, ABAQUS and PATRAN to obtain the stress distribution in the cylinder. In the analysis model, axisymmetric conditions and anisotropic material properties were implemented and real fiber wrapping angle was considered also. Al alloy was used for a liner and carbon fiber and epoxy resin was used for composite material in the Type 3 cylinder. Bust tests were performed with three Type 3 cylinders. Incompressible fluid water was used to apply pressure into the cylinder. The first cylinder was ruptured at 106.9 ㎫ after 96 seconds. The second cylinder was ruptured at 113.5 ㎫ after 199.5 seconds and the third cylinder at 124.8 ㎫ after 279.5 seconds. It was found that the burst pressure can be changed according to the pressurizing rate. As the pressurizing rate increases, the burst pressure decreases. It was also found that rupture occurred in the liner part of the cylinder in compliance with the regulations. The test results were also compared with the results from the analysis. The bust pressure obtained from the analysis was similar to the average bust pressure value obtained from the tests.
Type 3 cylinder can be used to store hydrogen gas and its use will increase as hydrogen gas is used widely as an alternative clean energy source to solve the problem of global warming. Hydrogen gas (B.P. -253 ℃) is charged in high pressure gas, because it is very difficult to store in liquid state. Thus, the cylinder charged with high pressure hydrogen gas has higher risk of explosion, fatigue, shock and heat deterioration than other high-pressure gas cylinders. In this paper, in order to verify the structural integrity of Type 3 composite cylinders, which were produced similarly to hydrogen gas storage cylinders, theoretical studies were performed by conducting finite element analyses and reviewing various regulations. And bust tests were also performed with Type 3 cylinders and the results of the test were reviewed and compared with those from theoretical studies. Analyses and modeling are performed using the program, ABAQUS and PATRAN to obtain the stress distribution in the cylinder. In the analysis model, axisymmetric conditions and anisotropic material properties were implemented and real fiber wrapping angle was considered also. Al alloy was used for a liner and carbon fiber and epoxy resin was used for composite material in the Type 3 cylinder. Bust tests were performed with three Type 3 cylinders. Incompressible fluid water was used to apply pressure into the cylinder. The first cylinder was ruptured at 106.9 ㎫ after 96 seconds. The second cylinder was ruptured at 113.5 ㎫ after 199.5 seconds and the third cylinder at 124.8 ㎫ after 279.5 seconds. It was found that the burst pressure can be changed according to the pressurizing rate. As the pressurizing rate increases, the burst pressure decreases. It was also found that rupture occurred in the liner part of the cylinder in compliance with the regulations. The test results were also compared with the results from the analysis. The bust pressure obtained from the analysis was similar to the average bust pressure value obtained from the tests.
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