[논문자료] 복합모델을 이용한 CNG 복합재 압력용기 최적설계

출처: 픽사베이

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섬유강화 복합재료(FRP)는 일반 금속재료에 비해 비강성(Specific stiffness)과 비강도(Specific strength)가 높고 내식성과 내피로성 등이 우수한 기계적 성질을 나타내므로 구조물의 경량화가 요구되는 여러 산업분야에서 널리 사용되고 있는 추세이다.

이러한 복합재료의 제조 공법 중 필라멘트 와인딩 공법은 실린더 형태의 구조물 제작에 매우 유리한 특성을 가지고 있으므로 경량화 · 고내압이 요구되는 압력용기에 응용되고 있다.

 

복합재료를 이용하여 제작되는 필라멘트 와인딩 압력용기는 기존의 금속압력용기에 비해 무게가 가벼우면서 강한 내식성을 가지고 있다. 또한, 파괴 양상에 있어서 기존의 금속 압력용기의 경우 급격한 폭발 형태인 반면, 필라멘트 와인딩 압력용기는 내부 기체의 누출 형태의 파괴가 이루어지기 때문에 파괴 안정성 대한 장점을 가지고 있다.

논문 출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201225841536817

본 연구에서는 CNG 복합재 압력용기에서 라이너와 복합재층을 함께 고려한 복합 모델에 대한 이론적 해석 및 FEA를 이용한 해석 기법을 제시하고, 제시된 해석 기법을 바탕으로 라이너의 물성치 및 두께가 고려된 복합재층의 최적의 적층 각도 및 두께를 결정하고, 기존 연구에서 파열 시험을 수행하여 측정된 파열압력을 비교함으로써 해석기법의 신뢰성을 검증하였다.

 

(1) 라이너와 복합재층이 함께 고려된 복합모델에 대한 해석기법을 제시하고, 복합재층의 최적의 적층각도(85°) 및 두께(5 mm)임을 알 수 있었다.

 

(2) 적층 각도를 85°, 복합재층의 두께를 5 mm로 할 경우, 고압가스 안전관리기준에서 요구하는 내압(25.872 MPa)에서 안전하다.

 

(3) 본 연구에서 제시된 이론적 해석에 의한 파열압력(55.872 MPa) 및 FEA 에 의한 파열압력 (60.872 MPa)은 기존 연구에서의 파열압력 (실험 결과) 61.8 MPa 과 비교하여 약 1.5%~9.5%의 오차를 나타내므로 비교적 잘 일치한다.

 

본 논문에서 제시한 CNG 복합재 압력용기에 대한 이론적 해석과 FEA를 이용한 해석 기법은 다양한 조건 하에서의 복합재 압력용기 연구에 널리 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

 

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BV 시리즈 (  Bolt Closure Pressure Vessel )

주로 연구목적으로 사용되는 BV 볼트 결합용 압력용기의 기본재질은 내화학성이 높은 스테인리스로 제작하며 화학반응시 발생할 수 있는 내부식성을 고려해 내부 용기를 삽입할 수 있도록 설계하였습니다. 별도 노즐은 추가 옵션사항으로 설치가능하며 내부 압력 확인을 위한 게이지가 부착되어있어 사용의 편의를 더하였습니다.

 

또 내부 유체의 주입과 배출을 위한 Port설치가 용이하며 내부 유체 흐름이 가능하도록 Inlet/Outlet으로 구성되어있습니다. 당사의 볼트 결합 압력용기의 경우 온도와 압력환경에 따라 각기 다른 소재의 선정이 가능하며 사용자의 사용 목적 등에 따라 교반장치와 온도 센서 Port의 크기, 수량 등을 추가적으로 선택할 수 있는 맞춤 제작 제품입니다.

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