초록 ▼

연구 수행방법은 한국기계연구소(KIMM)및 한국과학기술원(KAIST)이 분담하여 KIMM에서는 FRP압력용기의 설계 및 성형 분야, KAIST에서는 응력해석 분야에 관하여 연구하였으며 그 내용은 다음과 같다. (1) 설계, 제작 및 성능시험 잠수용, 소방용이나 고산 등반용 압력용기로 사용될 수 있는 휴대용 FRP압력용기를 설계 제작하였고 내압시험, Microstructure관찰 등을 통하여 성능시험을 하였다. 압력용기의 설계 Data를 구하기 위하여 NOL Ring및 실린더형 시편을 제작하여 기초 물성시험을 하였으며 금속 Lin

연구 수행방법은 한국기계연구소(KIMM)및 한국과학기술원(KAIST)이 분담하여 KIMM에서는 FRP압력용기의 설계 및 성형 분야, KAIST에서는 응력해석 분야에 관하여 연구하였으며 그 내용은 다음과 같다. (1) 설계, 제작 및 성능시험 잠수용, 소방용이나 고산 등반용 압력용기로 사용될 수 있는 휴대용 FRP압력용기를 설계 제작하였고 내압시험, Microstructure관찰 등을 통하여 성능시험을 하였다. 압력용기의 설계 Data를 구하기 위하여 NOL Ring및 실린더형 시편을 제작하여 기초 물성시험을 하였으며 금속 Liner와 수지의 내압 역할을 고려한 FRP/METAL 복합구조 응력해석으로 구조설계를 하였다. 또한 Spinning가공법으로 알루미늄 Liner를 제작하여 그 위에 수지가 함침된 섬유를 와인딩하고 경화시킴으로써 압력용기를 제작하였고 성능 평가를 위하여 Microstucture및 내압시험을 수행하엿다. (2) 응력해석 Helical와인딩 형태를 응력해석할 수 있는 Netting해석으로부터 Dome Contour를 결정하였으며 막이론(Membrane Theory)에 의한 응력상태와 접착부에서 전단력및 휨 모멘트에 기인한 불연속 응력상태를 Thin Shell 이론으로부터 계산함으로써 실제 압력용기에 걸리는 응력상태를 결정하였다. 또한 복합재료에 대한 파손이론을 압력용기에 적용함으로써 압력용기의 허용압력 또는 필요한 와인딩 층의 두께를 예측하도록 하였으며 끝으로 위에 소개한 응력해석 및 파손이론을 적용하기 위하여 개발된 BASIC 프로그램을 소개하고 이의 사용방법 및 응용에 대한 예제를 제시하고 있다.

Abstract ▼

This project consists of two parts ; design and fabrication process by KIMM, stress analysis by KAIST respectively. The contents and workscope of this projects are as follows (1) Design, Process Technology and Testing (KIMM) * Pressure vessel shape design * Characterization of mechanical propert

This project consists of two parts ; design and fabrication process by KIMM, stress analysis by KAIST respectively. The contents and workscope of this projects are as follows (1) Design, Process Technology and Testing (KIMM) * Pressure vessel shape design * Characterization of mechanical properties of S-2 Glass/Epoxy * Development of Computer program for the design of FRP/METAL structure Pressure Vessel * Fabrication of FRP pressure vessel * Burst Test and microstructure observation (2) Stress Analysis * Netting Analysis * Determination of Dome Contour * Development of micro-computer program for stress analysis of filament wound structure.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...5
• 요약문...9
• 목차...18
• Ⅰ. S-2 Glass/Epoxy 압력용기 개발...7
• 1. 서 론...21
• 1.1 연구의 목적 및 범위...21
• 1.2 Filament Wound 압력용기의 종류...22
• 1.3 Filament Wound 압력용기의 구조...26
• 2. 본 론...37
• 2.1 이론해석...38
• 2.1.1 Filament Wound 복합재료의 응력해석...38
• 2.1.1.1 기초 응력해석...38
• 2.1.1.2 복합 와인딩 구조의 응력해석...41
• 2.1.2 FRP/METAL 복합구조 응력해석...46
• 2.1.3 Head (End Closure) 부분의 Dome 형태 설계이론...56
• 2.2 재료 물성시험...60
• 2.2.1 NOL Ring 시험...60
• 2.2.1.1 시편 제작...61
• 2.2.1.2 조직 관찰...64
• 2.2.1.3 물성 시험...64
• 2.2.2 실린더형 Filament Wound 시편 시험...70
• 2.2.2.1 시편 제작...70
• 2.2.2.2 조직 관찰...74
• 2.2.2.3 물성 시험...78
• 2.2.3 Liner 물성시험...83
• 2.3 설 계...84
• 2.3.1 압력용기의 형태 설계...84
• 2.3.1.1 Head Dome Contour...84
• 2.3.1.2 Liner 형태 설계...95
• 2.3.2 와인딩 형태 설계...99
• 2.3.2.1 와인딩 형태...99
• 2.3.2.2 Netting Analysis에 의한 설계...99
• 2.3.2.3 FRP/METAL 복합구조 응력해석에 의한 설계...100
• 2.3.3 압력용기의 형태 설계...108
• 2.4 제 작...115
• 2.4.1 알루미늄 Liner 제작...115
• 2.4.2 압력용기 와인딩...115
• 2.4.2.1 와인딩 준비...117
• 2.4.2.2 와인딩...123
• 2.4.2.3 경화...125
• 2.5 시 험...126
• 2.5.1 단면 구조 및 조직 관찰...126
• 2.5.1.1 FRP/METAL 층 구조 관찰...126
• 2.5.1.2 FRP 조직 관찰...130
• 2.5.2 내압시험...130
• 3. 결 론...142
• 4. 참고문헌...144
• Ⅱ. Filament Wound 압력용기의 구조설계를 위한 응력해석...147
• 1. 서 론...153
• 2. 응력해석을 위한 모델설정...155
• 2-1 재료조건 및 필라멘트를 감는 형식...155
• 2-2 Netting 해석에 의한 돔 형성...157
• 3. 전단력과 휨모우멘트를 고려한 쉘 이론...160
• 3-1 직교이방성 재료에 대한 일반해...160
• 3-2 불연속응력의 정량적 해석...162
• 4. 복합적층판 파손이론의 적용...168
• 4-1 재료 주축 방향 응력...168
• 4-2 단층 파손 이론...168
• 4-3 적층판 강도 이론...170
• 5. 응력해석 및 강도설계를 위한 프로그램...171
• 5-1 자료의 입력...172
• 5-2 입력자료 MENU...172
• 5-3 Program 작동 및 Key Input 설명...174
• 5-4 Program Flow Chart...185
• 5-5 Program List...188
• 6. 그 림...211
• 7. 참고 문헌...223