[논문자료]유전 알고리즘과 담금질 기법을 사용한 Type 3 & 4 복합재료 압력용기 설계 및 구조해석

출처: 픽사베이

 

유전 알고리즘과 담금질 기법을 사용한 Type 3 & 4 복합재료 압력용기 설계 및 구조해석

 

압력용기는 금속 재질로 만들어진 Type 1, 금속 재질로 만들어졌지만 실린더 부만 복합재료로 보강한 Type 2, 금속 라이너를 사용하여 복합재료로 전체를 보강한 Type 3, 플라스틱 라이너를 사용하여 복합재료로 보강한 Type 4 용기가 대표적이다. 이 중에서 고압의 조건에서 사용되는 압력용기는 Type 3, Type 4이다. Type 3, Type 4 복합재료 압력용기는 섬유가 용기의 내압으로 인해 발생되는 모든 하중을 지지한다는 망목이론으로부터 유도되어지는 등장력 돔 형상과 필라멘트 와인딩 공정을 통해서 섬유를 geodesic path 혹은 semi-geodesic path 궤적으로 보강을 하여 만들어지는 것이 대표적이다. 복합재료 압력용기의 높은 제작비용을 최소화하기 위해서 동일한 조건 하에서 와인딩 패턴을 변경하여 안전성을 강화하거나 상용차에 적용할 수 있도록 복합재료 부의 두께를 줄여 경량화하고 가격 경쟁력을 높일 수 있는 연구가 필요함을 확인하였다.

본 연구에서는 수소 스테이션에서 사용되는 87.5 MPa Type 3 복합재료 압력용기의 형상을 Matlab을 통해서 geodesic dome 형상으로 설계하며, 필라멘트 와인딩 패턴에 대한 최적화를 통해서 사용압, 파열압에서 최적화 패턴으로 감소되는 응력을 분석하였다. 수소 트레일러에서 이용되는 45 MPa Type 4 복합재료 압력용기의 복합재료 부 최적화 패턴을 연구하여 사용압, 파열압에서 최적화 패턴으로 감소되는 응력을 분석하였다. 또한 공간적인 제약으로 인하여 임의의 돔 형상으로 스패어 타이어 웰 부에 장착되는 Type 4 복합재료 압력용기를 설계 최적화를 통해서 보강대를 설치함으로써 사용하여 발생되는 경제성을 확인하고, 복합재료의 두께와 와인딩 패턴을 최적화를 통해서 사용압, 파열압에서 감소되는 응력을 분석하였다. 복합재료 부 설계 및 응력 분석을 위해서 상용 구조해석 프로그램인 Abaqus와 WCM(Wound Composite Modeler)를 사용하였으며, 자동 최적화 프로세스 설계를 위해서 Isight 프로그램을 활용하였다. 위 연구를 통해서 복합재료 압력용기의 경제성을 확보하고 안정성을 높이는 결과를 도출하였다.

 

출처: http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=352b84b4fe70413dffe0bdc3ef48d419

 

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