[논문자료]유전 알고리즘 및 담금질 기법을 활용한 Type 4 복합재료 압력용기 최적화 프로세스

출처: 픽사베이

 

지구온난화의 가속화에 따른 환경 규제 및 정부 지원 정책의 영향으로 기존 화석 연료를 사용하는 동력 기관을 지양하고 배터리와 모터를 사용하는 동 력원을 지향하는 방향으로 변화하고 있다. 하지만 배 터리와 모터만을 사용하는 동력원의 경우 충전 시간 및 최대 가동 시간 등의 문제로 사용의 편의성 및 효 율의 한계에 직면하면서 이를 개선하는 새로운 대안 으로 수소에너지를 활용한 수소 연료전지와 그를 동 력원으로 하는 수소 모빌리티가 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 도래하는 에너지 및 환경문제에 대응하기 위하여 수소 모빌리티를 구성하는 다양한 부 품 중 연료인 수소 가스를 고압으로 안전하게 저장 하면서도 경량화를 위해 수소 모빌리티의 수소 저장 용기로 많이 사용되는 Type 4 복합재료 압력용기에 관한 연구를 진행하였다. 탄소섬유 복합재료는 탄소 섬유의 적층 방향에 따라 재료의 물리적 특성이 다 르게 나타나는 이방성 재료이며, 복합재료 압력용기 의 용기의 둘레 방향으로, 즉 용기의 축 방향에 수직 으로 감는 섬유 방향인 hoop 방향과 축에 사선의 각 도로 감는 helical 방향의 섬유 층의 구성비(hoop 층 두께: helical 층 두께) 및 helical 층의 섬유 적층 각도 에 따라 압력용기의 성능 차이가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 helical 층의 적층 각도를 설계 변수로 지정하여 이를 개선하는 과정을 자동화 프로세스 설 계하여 수소 저장 압력용기의 성능을 개선하는 방향 으로 연구를 진행하였다. 탄소섬유 복합재료를 구성 하는 탄소섬유는 고가의 재료로 구성되는 두께를 감 소시키는 것을 통해 비용 및 제작 효율 측면에서 이 점이 있다.

 

In this study, we conducted a design optimization of the Type 4 composite pressure vessels to enhance the pressure-resistant performance of the vessels while keeping the thickness of the composite layer. The design variables for the optimization were the stacking angles of the helical layers of the vessels to improve the performance. Since the carbon fibers are expensive material, it is desirable to reduce the use of the carbon fibers by applying an optimal design of the composite pressure vessel. The structural analysis and optimization process for the design of Type 4 composite pressure vessels were carried out using a commercial finite element analysis software, Abaqus and a plug-in for automated simulation, Isight, respectively. The optimization results confirmed the performance and safety of the optimized Type 4 composite pressure vessels was enhanced by 12.84% compared to the initial design.

 

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO202125141296158 

 

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유전 알고리즘 및 담금질 기법을 활용한 Type 4 복합재료 압력용기 최적화 프로세스

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