Abstract
In this study, we perform the design of dome geometry for the composite pressure vessel with applying the equation of Fulton and Vasiliev considering external load(thrusts). Variables of the dome geometry are opening radius ratio(${\rho}_0$) from 0.1 to 0.5 and thrust level from 40kN to 200kN. We conduct Finite Element Analysis(FEA) by using ABAQUS. As a result, the strain of the composite pressure vessel has shown strain gradient from inner to outer of dome surface. And the strain gradient may cause crack of resin inside the composite laminate. Strain gradient of Fulton dome is monotonously decreased as the ${\rho}_0$ increases, but the strain gradient of Vasiliev dome bas shown some different trend. when ${\rho}_0{\leq}0.1$, strain gradient of Fulton's is higher than Vasiliev's. But when 0.1<${\rho}_0$<0.35, strain gradient of Vasiliev's becomes higher than Fulton's. And in the case of $0.35{\leq}{\rho}_0$, strain gradient of Vasiliev's is higher than Fulton's. So the Vasiliev dome is more effective in ${\rho}_0{\leq}0.1$ condition and Fulton dome is more effective in $0.35{\leq}{\rho}_0$ condition. So, it's important for dome design to consider the crack of resin cause of the strain gradient.
본 연구에서는 외부하중을 고려하여 Fulton과 Vasiliev가 제안한 돔형상 식을 적용하여 복합재 압력용기의 돔형상을 설계하고 해석하였다. 돔형상 설계변수로는 0.1 ~ 0.5 의 오프닝 반경비와 40kN ~ 200kN의 추력을 적용하고, 해석에는 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 복합재 압력용기 내면과 외면의 섬유방향 변형률을 계산한 결과, Fulton 돔의 경우 ${\rho}_0$가 커질수록 변형률 기울기가 작아지고, Vasiliev 돔은 뚜렷한 경향성이 나타나지 않는다. 또한 ${\rho}_0{\leq}0.1$일 경우 모든 추력에서 Fulton 돔이 변형률 기울기가 더 큰 것을 확인 할 수 있었다. 0.1<${\rho}_0$<0.35인 경우 주어진 추력 범위에서 변형률 기울기가 역전되는 형상을 보이며, $0.35{\leq}{\rho}_0$에서는 모든 구역에서 Vasiliev 돔이 변형률 기울기가 더 크게 나타나 압력용기의 설계에 적용하는 것이 효과적이라고 판단된다. 또한 복합재 압력용기의 변형률 기울기로 인해 발생하는 수지균열을 고려한 돔형상 설계가 필수적이다.