Abstract
In this study, the optimized design for 130 liter storage fuel tank with 70MPa filling pressure has been investigated using a FEM technique and Taguchi design method. The strength safety of a composite fuel tank in which is fabricated by an aluminum liner of 6061-T6 material and carbon fiber wound composite layers of T800-24K has been analyzed based on the criterion of design safety of US DOT-CFFC and Korean Standard. The FEM computed results on the stress safety of 70MPa hydrogen gas tank were compared with a criterion of a stress ratio, 2.4 of US DOT-CFFC and Korean Standard, and indicated the safety. Thus, the optimized design elements based on the Taguchi's method were recommended as an aluminum liner thickness of 6.4mm, a carbon fiber laminate thickness in hoop direction of 31mm and a carbon fiber laminate thickness in helical direction of 10.2mm, which is represented by a design model of No. 5.
본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 130L 수소연료 저장탱크에 대한 최적설계를 유한요소법과 다구찌 설계법으로 고찰하였다. 6061-T6의 알루미늄 라이너의 외벽면에 T800-24K의 탄소섬유로 감아서 제조한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국 DOT-CFFC와 KS의 설계안전 규격을 기준으로 해석하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, US DOT-CFFC와 KS 규격에서 제시한 응력비 2.4의 기준값과 비교할 때 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 다구찌 설계법에 기반한 최적설계 데이터는 설계모델 5번으로 선정할 수 있고, 여기서 제시할 수 있는 알루미늄 라이너의 두께는 6.4mm, 탄소섬유 적층에서 후프방향의 두께는 31mm, 헤리컬방향의 두께는 10.2mm이다.