Optimized Design of O-ring Groove in LPG Filling Unit Using Taguchi Experimental Method

다구찌 실험법을 이용한 LPG 충전노즐 O-링 그루브의 최적화 설계연구

In this paper, the optimized design of a rectangular O-ring groove has been analyzed for a maximum Cauchy stress and maximum strain using the Taguchi method. This method may efficiently optimize the design parameters for an O-ring groove of a LPG filling unit. The computed FEM results indicate that the optimized design parameters can only be drawn by nine experimental numbers of iterations when the Taguchi design technique has been employed with a finite element method. This means that the Taguchi design method is very useful for the optimization design of O-ring rectangular groove geometry. Based on the computed FEM results by the Taguchi design technique, the dimensions of a groove geometry are given as h=2.5 mm, d=2.74 mm, c=0.15 mm, and w=3.0 mm. In this study, the initial compression ratio of O-rings is recommended as 8.7% for a gas supply pressure of 18 $kg/cm^2$.

본 논문은 다구찌 실험 설계법을 이용하여 O-링을 장착하는데 필요한 사각 그루브의 최적설계를 위해 FEM으로 최대코시응력과 최대변형률에 대하여 해석하였다. 다구찌 설계방법은 LPG 충전노즐의 내경측에 밀봉을 위해 설치하는 O-링 그루브의 설계변수를 최적화 하는데 대단히 유용하다. FEM과 함께 다구찌 설계기법을 적용하여 계산된 해석결과에 따르면, 최적화 설계치수를 단지 9번의 반복 실험법에 의해 설계변수의 치수를 최적의 조건으로 얻을 수 있다는 측면에서 간편한 최적설계 기술이다. 이것은 다구찌 설계 실험법이 사각형상의 O-링 그루브를 설계하는 간단한 방법으로 대단히 유용하다는 것이다. 다구찌 설계기법에 기초한 해석결과에 의하면, O-링 그루브의 기하학적 형상에 대한 최적치수는 h=2.5mm, d=2.74 mm, c=0.15 mm, w=3.0 mm으로 각각 요약될 수 있다. 본 연구는 공급된 LPG 가스압력이 18 $kg/cm^2$인 상태에서 밀봉성과 안전성을 고려하면 초기압축률은 8.7%로 유지하는 것이 가장 효과적이라는 사실을 제공한다.