[논문]CNG Regulator용 Diaphragm의 변형거동 해석

[국내논문] CNG Regulator용 Diaphragm의 변형거동 해석
Deformation Behavior Analysis of Diaphragm for CNG Regulator 원문보기

조현동 (경상대학교 대학원) , 박태조 (경상대학교 기계항공공학부) , 송명길 ((주)파카하니핀커넥터) , 강병루 ((주)파카하니핀커넥터)

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고탄성재료인 NBR에 대한 정확한 변형거동해석을 위해서는 Mooney-Revlin 상수, Ogden 상수 등을 사용하여 해석해야 되지만 본 논문에서는 해석을 단순화하기 위하여 탄성해석을 수행하였다. 해석순서는 먼저 초기조립상태에서 금속판에 0~1.
본 논문에서는 고성능의 CNG Regulator 부품으로 사용되는 다이어프램의 설계자료를 확보하기 위한 연구의 일환으로 고무 재질인 다이어프램을 비선형해석전용 프로그램인 MARC를 사용하여 변형거동을 해석하였다. 이 결과 밸브의 열림량과 출구압에 따라서 다이어프램은 초기에 굽혀져 있던 형상에서 금속판을 따라 변형되었고 결과적으로 금속판과 위쪽 케이스 사이에서 둥근 형상이 되었다.

3과 Table 1에는 본 논문에서 해석하고자 하는 다이어프램에 대한 유한요소모델과 경계조건, 그리고 사용한 고무재질인 NBR의 물성치를 나타내었다. 전체 모델링은 축대칭 형상으로 축대칭요소인 Quad 4 full integration 10을 사용하였고 총 Mesh수는 약 5,700여개이다. 다이어프램 위의 금속판(Metal seat)과 케이스(Case)는 강체(Rigid body)로 지정하였고, 다이어프램과는 접촉 상태로 정의하였다.
경계조건으로는 금속판에 스프링의 압축력과 가스압력, 기타 밸브에 작용하는 압력들에 대한 힘의 평형조건으로부터 구한 등가변위값(열림량)을 적용하여 -y방향으로 강제 변위시켰다. 본 논문에서의 최대변위는 1.35mm이다. 고무 다이어프램의 아래 부분에는 출구압력을 적용하였다.

본 논문에서는 고성능의 CNG Regulator 부품으로 사용되는 다이어프램의 설계자료를 확보하기 위한 연구의 일환으로 고무 재질인 다이어프램을 비선형해석전용 프로그램인 MARC를 사용하여 변형거동을 해석하였다. 이 결과 밸브의 열림량과 출구압에 따라서 다이어프램은 초기에 굽혀져 있던 형상에서 금속판을 따라 변형되었고 결과적으로 금속판과 위쪽 케이스 사이에서 둥근 형상이 되었다. 최대 von-Mises 응력은 금속판의 끝부분과 접촉하는 부분에서 발생하였으며, 다이어프램의 두께는 1mm정도가 최적인 것으로 판단되었다.
이 결과 밸브의 열림량과 출구압에 따라서 다이어프램은 초기에 굽혀져 있던 형상에서 금속판을 따라 변형되었고 결과적으로 금속판과 위쪽 케이스 사이에서 둥근 형상이 되었다. 최대 von-Mises 응력은 금속판의 끝부분과 접촉하는 부분에서 발생하였으며, 다이어프램의 두께는 1mm정도가 최적인 것으로 판단되었다. 따라서 본 논문에서 사용한 CNG Regulator용 다이어프램에 대한 거동해석 방법과 결과는 관련 부품의 설계에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

최대 von-Mises 응력은 금속판의 끝부분과 접촉하는 부분에서 발생하였으며, 다이어프램의 두께는 1mm정도가 최적인 것으로 판단되었다. 따라서 본 논문에서 사용한 CNG Regulator용 다이어프램에 대한 거동해석 방법과 결과는 관련 부품의 설계에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

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