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다접오링의 밀봉특성 해석에 관한 연구
A Study on the Sealing Characteristics of Multi-contact O-rings 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.16 no.5, 2012년, pp.52 - 57  

김청균 (홍익대학교 트리보.메카.에너지기술 연구센터)

초록
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본 연구에서는 유한요소해석법을 사용하여 다접오링의 밀봉특성에 관련된 변형률, 응력, 접촉법선응력을 해석하였다. 밀봉특성에 관한 FEM 해석결과에 의하면, 다접오링에 작용하는 최대 변형률, 최대압축응력, 최대접촉 법선응력은 기존의 오링에 비해 약 1.7배나 더 높게 나타났다. 이것은 다접오링의 절단면에 U홈을 형성하였기 때문이고, 다접오링은 고압가스 용기, 밸브, 가스기기의 밀봉을 유지하는데 매우 유용할 것으로 판단된다. 그리고, 다접오링에서 가스압력을 높여도 압출파손 현상이 발생되지 않았는데, 이것은 U홈이 있기 때문인 것으로 판단된다. 따라서, 다접오링은 기존의 오링에 비해 밀봉수명을 길게 연장시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study presents sealing characteristics of multi-contact o-rings as functions of strain, compression stress, and contact normal stress using a FEM technique. The FEM results on the sealing characteristics show that the maximum strain, maximum compression stress, and maximum contact normal stress...

주제어

#o-ring   #multi-contact o-ring   #sealing characteristics   #stress and strain   #extrusion failure  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 기존의 오링과 새로운 피너트 타입의 다접오링에 대한 변형률, 압축응력, 접촉법선응력을 유한요소법으로 해석하고, 이들 해석 결과를 상대적으로 비교하여 밀봉특성을 고찰하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존의 오링은 어떻게 기밀성을 확보하는가? 기존의 오링은 원형의 절단면 형상을 갖기 때문에 오링 홈에 조립된 상태에서 가스내압을 받으면 가스 압력을 직접적으로 받지 않는 타 지역의 빈 공간으로 밀려나서 탄성 압착되고, 그 반발력에 의해 기밀성을 확보하게 된다. 이때 가스압력이 직접 작용되는 오링의 반대편에 형성된 작은 밀봉간극(sealing gap)을 통해 오링소재는 삐져나가려는 압출현상이 발생하고, 이런 현상은 궁극적으로 오링을 파손시켜 가스누출을 허용하게 된다.
다접오링에 기밀시험압력 1.8MPa을 가했을 때 측정된 물리량은 기존 오링과 비교해 어느 정도인가? 다접오링에 기밀시험압력 1.8MPa을 가하였을 때 발생한 최대 변형률은 기존 오링에 비해 1.77배, 최대압축응력은 1.78배, 최대접촉법선응력은 1.66배나 더 높게 나타났다. 이 결과는 다접오링이 기존 오링에 비해 변형거동 특성이 우수하다는 것을 의미한다.
기존의 오링을 병렬 설치했을 때 생기는 문제점은? 따라서 가스압력이 높을 경우는 가스누출 차단 안전성을 높이기 위해 두 개의 오링을 병렬로 이어지도록 설치하는 경우가 많다. 밀봉 신뢰성을 높이기 위해 오링 두 개를 병렬로 설치하면 누출차단 내구 안전성은 더 확보되지만, 설치공간이 그만큼 늘어나 밸브나 용기의 무게가 증가되는 문제점이 있다. 그렇지만, 오링을 두 개 설치한다 해도 고압가스 압력을 더 높여서 사용할 수 있는 것은 아니고, 단지 두 개의 오링을 연달아 설치하기 때문에 가스 누출에 대한 밀봉 신뢰성과 내구 안전성이 향상된다는 것이다.
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참고문헌 (6)

  1. Richter, B., "Perfluoroelastomer O-rings Reduce Risk of Failure", World Pumps, 34-36, (1995) 

  2. 김도현, 김청균, "복합소재 O-링의 압축변형 특성에 관한 연구", 한국윤활학회지, 21(4), 171-176, (2005) 

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  3. 김청균, "LPG 충전노즐용 O-링과 패킹의 응력 거동해석에 관한 연구", 한국윤활학회, 22(1), 23-28, (2006) 

  4. 김청균, "LPG 용기 밸브용 O-링의 누설안전성에 관한 해석적 연구, 한국가스학회지, 11(2), 37-42, (2007) 

    원문보기 상세보기

  5. MARC, MARC User's Manual Ver. 7.3, MARC Analysis Research Corp., California, USA, (1999) 

  6. KGS AA212, (2010) 

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