Abstract
Dome shape design methods of Filament Winding (FW) composite pressure vessel, which can suggest various dome contour according to the external loading conditions, were investigated analytically and numerically. The performance indices(PV/W) of the pressure vessels with same cylinder radius and boss opening but different dome shape were evaluated by finite element analysis under the internal pressure loading condition. The analysis results showed that as the dome shape becomes flat, the performance index decreases significantly due to the reduced burst pressure. Especially, for the case of the high value of the parameter ro, the ratio between the radii of the cylinder part and the boss opening, the flat dome is disadvantageous in the aspect of the weight reduction, and additional reinforcing dome design technique should be required to increase the burst pressure. For example, above ro=0.54 condition, the dome shape change according to the loading condition could cause the low burst pressure and increase of composite weight in dome region and is not recommendable except for the special case that maximum inner volume or sufficient space between skirt and dome is the primary design objective. However, at ro=0.35, the dome shape change brings not so significant differences in the performance of FW vessel.
시스템 요구 조건에 따른 다양한 돔 형상 설계를 위하여 외부 하중이 고려된 돔 형상 설계 식이 제시되었고, 동일 원통부와 보스 오프닝을 가지면서 다른 돔 형상을 갖는 압력 용기의 성능(파열압력*내부용적/복합재무게) 변화를 유한요소해석을 통하여 평가하였다. 해석 결과는 돔 형상이 낮아질수록 파열 압력이 저하되어 압력 용기 성능이 저하됨을 나타내었다. 특히 원통부 반경과 보스 오프닝간의 비를 나타내는 보스 오프닝 크기 비율(${\rho}\;o$)이 큰 경우는 돔 형상이 낮아짐에 따라 복합재 무게 증가율이 크게 나타남으로서 압력 용기 성능 저하의 원인이 되었고, 파열 압력 상승을 위하여 돔 부위에 추가적인 보강설계가 요구되었다. 예를 들어 ${\rho}\;o=0.35$ 이하의 돔인 경우, 돔 형상 변화가 크지 않음으로서 돔 형상 변화에 따른 압력 용기 성능 변화도 크지 않은 것으로 나타난 반면, ${\rho}\;o=0.54$ 이상의 압력 용기인 경우 낮은 돔으로 변화됨에 따라 파열 압력 감소와 복합재 무게 증가로 압력 용기 성능 저하가 비교적 크게 나타나서 압력 용기 내부 용적 증가나 스커트와 돔간의 공간 확보가 우선인 설계 조건을 제외하고는 낮은 돔 형상 설계가 바람직하지 않은 것으로 나타났다.
