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LNG 저장탱크 보강재의 구조해석 및 최적설계
Structure Analysis and Design Optimization of Stiffeners in LNG Tanks 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.36 no.3, 2012년, pp.325 - 330  

김성주 (한양대학교 기계공학과) ,  진교국 (한양대학교 기계공학과) ,  하성규 (한양대학교 기계공학과) ,  서흥석 (한국가스공사) ,  윤인수 (한국가스공사)

초록
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본 연구에서는 액화천연가스(LNG 즉 Liquefied Natural Gas) 저장탱크의 보강재(stiffener) 설계를 위한 주요 설계인자들의 특성을 파악하고 구조 최적설계를 수행하였다. 보강재가 결합된 LNG 저장탱크의 내조는 외부의 펄라이트(perlite)의 압력에 의해 좌굴되지 않도록 설계되는데, 기존의 보강재 설계방법에서는 펄라이트 압력이 내조 높이에 무관하게 동일하다고 가정하여, 보강재의 과도한 설계를 초래하였다. 본 연구에서는 펄라이트의 물성값에 따른 펄라이트 압력분포의 영향을 살펴보았고, 최적설계를 통해 기존 설계보다 보강재의 재료비용이 15.3% 절감됨을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the structural analysis and optimization of stiffeners used in inner tanks for liquid natural gas (LNG) storage, so that the costs can be minimized while the critical buckling load of the inner tank still exceeds the external pressure exerted by the perlite. The original calcula...

주제어

#보강재   #구조해석   #펄라이트압력   #해석적방법   #최적화  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 높이에 따라 변하는 펄라이트의 압력식을 구하고 펄라이트의 물성치들이 압력에 미치는 영향을 관찰하였다. 또한 높이에 따라 변하는 압력식을 사용하여 보강재의 최적설계를 수행하였으며 기존 보강재의 설계와 비교하였다.
  • 본 논문에서는 K, μ, Ep 값들이 펄라이트 압력에 주는 영향을 알아보았다.
  • 하지만 높이에 따라 펄라이트가 받는 수직 압력이 다르고 이 압력에 의해 펄라이트의 밀도변화가 생기게 된다. 본 논문에서는 높이에 따른 펄라이트의 밀도 변화를 고려한 압력식을 다음과 같이 유도하였다.
  • 본 연구의 목적은 탱크의 내조의 좌굴을 방지할 수 있도록 보강재를 설계하는 동시에, 보강재의 재료를 최소화 하는 것이다. Table 1 과 같이 보강재의 최적설계를 위한 정식화를 하고 최적설계를 수행하였다.

가설 설정

  • Janssen method 에서는 높이에 따라 펄라이트의 밀도가 일정하다고 가정하였다. 하지만 높이에 따라 펄라이트가 받는 수직 압력이 다르고 이 압력에 의해 펄라이트의 밀도변화가 생기게 된다.
  • 보강재의 경우, 우선 높이에 따른 펄라이트의 하중 분포를 구하고 보강재가 결합된 내조의 좌굴 임계하중(critical bucking load)이 펄라이트 하중보다 크게 설계한다. 현재 보강재의 설계에 적용되는 Zick 코드(2)는 펄라이트의 압력이 높이에 무관하게 일정하다고 가정하였다. 이는 내조의 상단에 설치되는 보강재의 과도한 설계를 초래하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
완전방호식이란? 한국가스공사에서는 현재 완전방호식의 LNG 저장탱크(Full containment LNG storage tank)를 운영하고 있다. 여기서, 완전방호식이란 내조(inner tank)와 외조(outer tank)가 각각 독립적으로 LNG를 저장할 수 있는 기능을 갖는 이중구조의 탱크를 말한다.(1)
펄라이트의 압력은 무엇을 통해 내조에 전달되는가? 펄라이트의 압력은 블랑켓을 통하여 내조에 전달된다. 블랑켓은 내조의 수축과 팽창을 흡수하여 열응력을 방지하는 작용을 하며 스프링 성질을 갖고 있어 외부압력이 작용하면 변형을 일으키지만 점차 사라지면 원래의 상태로 복원하려는 특성이 있다.
내조탱크의 좌굴 임계하중을 내조탱크와 동일한 반경을 가진 링의 임계하중 계산으로 구할 수 있는 이유는? 내조의 두께는 내조의 반경 또는 높이에 비해서 아주 작기 때문에 내조의 밑바닥은 내조에 거의 보호작용을 일으키지 못한다.(4) 따라서 내조탱크의 좌굴 임계하중은 그와 동일한 반경을 가진 링의 임계하중 계산으로부터 구할 수 있다.
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참고문헌 (6)

  1. Yoon, I. S., Lee, Y. Y. and Hong, S. H., 1994, "Finite Element Analysis of Membrane for LNG Storage Tank," The Korean Society of Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 10, pp. 2797-2804, 1225-5963. 

  2. Zick, L. P., 1971, "Stresses in Large Horizontal Cylindrical Pressure Vessels on Two Saddle Supports," Welding Research Supplement, pp. 959-970. 

  3. Sperl, M., 2006, "Experiments on Corn Pressure in Silo Cells-Translation and Comment of Janssen's Paper from 1895," Granular Matter, Vol. 8, No. 2, pp. 59-65. 

    상세보기 crossref

  4. Timoshenko, S. P. and Gere, J. M., 1961, Theory of Elastic Stability, McGRAW-Hill, Kogakusha, pp. 82-98, 268-294, 457-487. 

  5. Timoshenko, S. P. and Wolnowsky-Krieger, S., 1959, Theory of Plates and Shells, McGRAW-Hill, Kogakusha, pp. 466-496. 

  6. Kollar, L. and Dulacska, D., 1984, Buckling of Shells for Engineers, John Wiley & Sons, pp. 41-51. 

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