[논문]극저온 액화가스 화물창 2차방벽 구조 열 응력 취약 부 Prolonged 길이 고려 유리섬유 강화 복합재 기계적 물성 평가

정연제; 김희태; 김정대; 김정현; 김슬기; 이제명

doi:10.7234/composres.2023.36.4.246

극저온 액화가스 화물창 2차방벽 구조 열 응력 취약 부 Prolonged 길이 고려 유리섬유 강화 복합재 기계적 물성 평가
Evaluation of Mechanical Performance Considering Prolonged Length of Glass Fiber-Reinforced Composite on Structure Weakness by Thermal Stress at Secondary Barrier in Cryogenic Liquified Gas Storage 원문보기

Composites research = 복합재료, v.36 no.4, 2023년, pp.246 - 252

정연제 (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Pusan National University) , 김희태 (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Pusan National University) , 김정대 (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Pusan National University) , 김정현 (Hydrogen Ship Technology Center, Pusan National University) , 김슬기 (Hydrogen Ship Technology Center, Pusan National University) , 이제명 (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Pusan National University)

초록
AI-Helper

멤브레인 형 LNG 화물창시스템(Cargo containment system, CCS) 내 유리섬유 강화 복합재료 기반 2차 방벽 설치 시 본딩 자동화 머신(automatic bonding machine, ABM) 활용한 prolonged 구조임과 동시에 양단 접착 고정 사이 비 접착(non-bonding, N-B) 영역의 복합재에서 극저온 열 수축 기인한 상당한 열 응력이 발생하기 때문에 이를 고려한 구조 안전성평가 관점에서 수행된 연구가 있으나 실제로 무한히 긴 길이 고려한 기계적 물성 평가를 수행한 연구는 찾아볼 수가 없었다. 해당 복합재는 파단강도 분산이 큰 세라믹 재료 취성 파괴임을 고려하여 2-파라미터 Weibull 통계분석을 통해 실제 길이 대상 신뢰도 있는 기계적 물성치 값을 표준화 하였으며 LNG 운반 환경을 고려한 극저온 환경까지의 특정 온도별 단축 인장실험을 수행하였다. 실험결과, -70℃에서 기계적 강도가 -20℃에 비해 약 1.5배 급증하고 초기 권축 섬유 신장의 비선형 거동이 억제되었다. 또한, 극저온 환경까지 온도가 낮아질수록 기계적 강도는 계속해서 증가하였으나 반대로 연신은 줄어드는 저온 취성의 현상이 확인되었다. 본 연구에서 제시하는 기계적 물성치 데이터는 멤브레인 형 LNG 화물창 구조 안전성 평가 시 신뢰도 높은 해석 지원 물성치 확보 측면에서 유용하게 적용되어지리라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A secondary barrier made of glass fiber reinforced composites has been installed infinitely using automatic bonding machine(ABM) in membrane type LNG cargo containment system (CCS). At the same time, significant thermal stress due to cryogenic heat shrinkage has occurred in the composite on the non-bonding area between the adhesive fixation at both ends. There have been studies from the perspective of structural safety evaluation taking this into account, but none that have analyzed mechanical property taking an prolonged length into account. In this study, 2-parameter Weibull distribution statistical analysis was used to standardize reliable mechanical property for actual length, taking into account the composite's brittle fracture of ceramic material with wide fracture strength dispersion. Related experimental data were obtained by performing uniaxial tensile tests at specific temperatures below cryogenic condition considering LNG environment. As a result, the mechanical strength increased about 1.5 times compared to -20℃ at -70℃ and initial non-linear behavior of fiber stretched was suppressed. As the temperature decreased until the cryogenic, the mechanical strength continued to increase due to cold brittleness. The suggested mechanical property in this study would be employed to secure reliable analysis support material property when assessing the safety of secondary barrier's structures.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Schematic of Prolonged length on secondary barrier in MARK-III LNG CCS
그림 Fig. 2. Schematic of FSB at prolonged length
그림 Fig. 3. Schematic of shape parameter in Weibull distribution
그림 Fig. 4. Schematic of FSB test specimen
표 Table 1. Raw material properties of heterogeneous composite
그림 Fig. 5. Photograph of test apparatus
표 Table 2. Test scenario of the uniaxial tensile test
그림 Fig. 6. Weibull plot graph of probability of failure
$Fig. 7. Graph of applied stress under fracture$ 그림 Fig. 7. Graph of applied stress under fracture
표 Table 3. Properties of the Weibull parameter by temperature
그림 Fig. 8. Graph of stress-strain curve by temperature
표 Table 4. Estimated values using Weibull parameters

참고문헌 (25)

Schinas, O., and Butler, M., "Feasibility and Commercial Considerations of LNG-fueled Ships", Ocean Eng., Vol. 122, 2016,？pp. 84-96.？

상세보기
Kim, J.H., and Chun, K.W., "Technical Trends of LNG Fueled？Ship and Bunkering", Korea Evaluation Institute of Industrial？Technology PD Issue Report, Vol. 14, No. 10, 2014, pp. 31-39.？
Yu, Y.H., Kim, B.G., and Lee, D.G., "Cryogenic Reliability of Composite Insulation Panels for Liquefied Natural Gas (LNG)？Ships", Composite Structures, Vol. 94, No. 2, 2012, pp. 462-468.？

상세보기
Esteves, A., Parise, J., and Esteves, A., "Carriage of LNG: Background and Technological Innovations", 2016, pp. 1-40.？
Oh, D.J., Lee, J.M., Chun, M.S., and Kim, M.H., "Reliability？Evaluation of a LNGC Insulation System with a Metallic Secondary Barrier", Composite Structures, Vol. 171, 2017, pp. 43-52.？

상세보기
Han, S., Rim, C.W., Cho, H., Suh, Y., Lee, J., and Lee, T.K.,？"Experimental Study on the Structural Behavior of Secondary？Barrier of MARK-III LNG CCS", in: Proc. Int. Conf. Offshore？Mech. Arct. Eng. - OMAE, 2009.？
Jeong, Y.J., Kim, H.T., Kim, J.D., Kim, J.H., Kim, S.K., and Lee,？J.M., "Evaluation of Mechanical Properties of Glass Fiber-reinforced Composites Depending on Length and Structural？Anisotropy", Results in Engineering, Vol. 17, 2023, 101000.？
Choi, S.W., Roh, J.U., Kim, M.S., and Lee, W.I., "Analysis of？Two Main LNG CCS (Cargo Containment System) Insulation？Boxes for Leakage Safety Using Experimentally Defined Thermal Properties", Applied Ocean Research, Vol. 47, 2012, pp. 72-89.？
Jeong, Y.J., Kim, H.T., Kim, J.H., Kim, S.K., and Lee, J.M.,？"Analysis of Glass Fiber Reinforced Composites in MembraneType LNG Cargo Containment System for Structural Safety？Using Experimentally Defined Mechanical Properties", Composite Structures, Vol. 276, 2021, 114532. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114532.？

상세보기
P. 1421 ISO, Rubber-or Plastics-coated Fabrics-determination？of Tensile Strength and Elongation at Break, ISO, 2001.？
Jeong, Y.-J., Kim, J.-D., Hwang, B.-K., Kim, H.-T., Oh, H.-G.,？Kim, Y.-T., Park, S.-B., and Lee, J.-M., "Evaluation of Mechanical Performance of Membrane Type Secondary Barrier Anisotropic Composites depending on Fiber Direction", Journal of？the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 57, 2020, pp. 168-174.？
Jeong, Y.-J., Kim, H.-T., Kim, J.-D., Oh, H.-G., Kim, Y.-T., Park,？S.-B., and Lee, J.-M., "A Study on Standardization of Fracture？Strength of Secondary Barrier of FSB in MARK-III LNG CCS？using Weibull Distribution", Journal of the Society of Naval？Architects of Korea, Vol. 58, 2021, pp. 137-143.？
A. Standard, C1239, "Standard Practice for Reporting Uniaxial？Strength Data Estimating Weibull Distribution Parameters for？Advance Ceramics", ASTM Int. West Conshohocken, PA, 2001.？
He, B., Cui, W., and Du, X., "An Additive Modified Weibull？Distribution", Reliability Engineering & System Safety, Vol. 145,？2016, pp. 28-37.？
Calabria, R., and Pulcini, G., "On the Maximum Likelihood？and Least-squares Estimation in the Inverse Weibull Distributions", Statistica Applicata, Vol. 2, 1990, pp. 53-66.？
Barbero, E., Fernandez-Saez, J., and Navarro, C., "Statistical？Analysis of the Mechanical Properties of Composite Materials",？Compos. Part B Eng., Vol. 31, 2000, pp. 375-381.？
Olteanu, D., and Freeman, L., "The Evaluation of Median-rank？Regression and Maximum Likelihood Estimation Techniques？for a Two-parameter Weibull Distribution", Quality Engineering, Vol. 22, No. 4, 2010, pp. 256-272.？

상세보기
Nr. M3101, "Rev C-Seconary Barrier Specification", Gaztransport Tech., 2010.？
Jeong, Y.-J., Kim, H.-T., Kim, J.-D., Oh, H.-G., Kim, Y.-T., Park,？S.-B., and Lee, J.-M., "Analysis of Thermomechanical Properties Considering the Thermal Expansion Anisotropy of Membrane-Type Fiber-Reinforced Composite Material", Journal of？the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 58, 2021, pp. 17-23.？
Pan, N., "Analysis of Woven Fabric Strengths: Prediction of？Fabric Strength Under Uniaxial and Biaxial Extensions", Composites Science and Technology, Vol. 56, No. 3, 1996, pp. 311-327.？

상세보기
Anderson, T.L., "Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications", Fourth Edition, 2017.？
Shahpurwala, A.A., and Schwartz, P., "Modeling Woven Fabric？Tensile Strength Using Statistical Bundle Theory", Textile？Research Journal, Vol. 59, 1989, pp. 26-32. https://doi.org/10.1177/004051758905900104.？

상세보기
Hu, J., Structure and Mechanics of Woven Fabrics, 2004.？
Szczesniak, L., Rachocki, A., and Tritt-Goc, J., "Glass Transition？Temperature and Thermal Decomposition of Cellulose Powder", Cellulose, Vol. 15, 2008, pp. 445-451.？

상세보기
Vosynek, P., Navrat, T., Pec, M., Porizka, J., and Divis, P., "How？the Decrease of Collagen or Mineral Affect the Fracture in the？Turkey Long Bones", World Academy of Science, Engineering？and Technology, Vol. 8, 2014, pp. 1753-1756.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format