• Composites Research
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• 제17권5호
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• pp.1-6
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• 2004

HDPE (high density polyethlyne) 라이너와 금속 boss를 가진 복합재료 압력용기가 필라멘트 와인딩 공정에 의해 개발되었다. 이 용기의 끝 부위는 dome-shape 부위 그리고 용기의 중앙부는 cylinder-shape로 형성되었다. 용기를 구성하는 재료인 HDPE, 수지 그리고 강화섬유와 같은 용기재료에 대해 환경실험이 1년 이상 실행되었다 Boss 설계는 FEM 해석으로 가스 누출을 최대한 방지해 주는 것으로 확인되었다. 실험적인 방법에 의해 가장 이상적인 fiber tension이 얻어졌고, image analyzer에 의해 측정된 섬유의 체적율, $\textrm{V}_{f}$,는 실린더에서 55.4 %, dome part에서 55.6 % 이었다. Winding pattern은 용기의 파괴가 실린더 부위에서 일어나도록 dome 부위의 복합재료 두께조절을 하도록 프로그램 되었다 경화 중 용기는 돌려졌었고 고정 내부압력 0.62 bar를 가함으로서 최종용기의 파괴압력이 28 % 향상되었다. Under-wound, fully wound된 용기의 파괴 및 피로시험결과를 충족하였다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.257-263
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• 2021

복합재료는 높은 비 강성 및 비 강도 특성으로 인해 기체 혹은 액체 연료를 저장하기 위한 압력 용기의 설계 및 제작에 널리 활용되고 있다. 이에 따라, 압력용기의 파열압력 또는 파단 변형률의 기계적 특성의 보다 정확한 측정은 상용화 전에 필수적 요소이다. 그러나, 기존의 시험방법을 활용한 복합재료 압력 용기의 안전성 검증은 하중 전달 매체의 변형으로 인한 추가적인 에너지 손실의 발생과, 불필요한 하중 및 모멘트의 발생 등의 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 수직기둥의 이론적인 하중전달 정도와 적용 가능한 수직방향 변위를 고려하여 세그먼트형 링 버스트 시험장치를 설계하였다. 또한, 세그먼트 형 링 버스트 시험장치의 균일한 압력분포를 검증하기 위해 수치해석을 활용하였고, 수압 시험방법과 링 시편의 원주방향 응력 및 변형률 분포를 비교하였다. 복합재료 압력용기의 파괴 거동을 모사하기 위해 Hashin 파손 기준을 적용하였고, 실험적으로 파단 변형률을 측정하여 이를 수치해석 결과와 비교하였다.

• Composites Research
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• 제23권6호
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• pp.7-13
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• 2010

CNG 차량에서 실사용 중 Type3 복합재료 압력용기의 외부 복합재 층에 결함이 발생된다면, 용기의 구조적 성능 즉, 원래의 설계수명보다 반복수명이 감소되는 현상을 초래할 수 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 복합재 결함을 고려한 복합재료 압력용기의 유한요소 모델링과 해석 기법을 제시하였다. Type3 복합재료 압력용기의 유한요소해석은 자긴처리 공정에서 알루미늄 라이너의 소성 변형으로 인해 경로 의존적 현상을 보이므로, 실사용 중 결함이 발생되는 실제 환경을 고려한 해석에서 결함은 자긴압력 이후에 도입되어야한다. 이러한 상황의 사실적인 시뮬레이션을 위해, 해석의 중간단계에서 결함이 도입되는 유한요소 모델링과 해석 기법이 제시되었으며, 해석결과는 해석의 시작단계에서부터 모델에 초기결함을 내포하는 일반적 유한요소해석과 비교되었다. 제안된 해석 기업은 Type3 복합재료 압력용기의 복합재층 손상에 따른 영향성 평가 및 실사용 중에서의 검사 기준을 마련하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

• Composites Research
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• 제14권3호
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• pp.10-17
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• 2001

복합재료 압력용기를 개발하기 위하여 설계, 제작, 시험을 연계한 연구가 수행되었다. 섬유의 와인딩 패턴 및 각도는 CADFIL 코드를 활용하여 결정하였고, 그 각도는 [$liner/15^{\circ}/15^{\circ}/90^{\circ}/18^{\circ}/90^{\circ}/21^{\circ}/21^{\circ}/90^{\circ}$] 이었다. 압력용기의 제작은 5축 필라멘트 와인딩기를 활용하여 이루어졌다. 제조 공정 중에 광섬유 센서를 매립하여 내부 압력이 가해질 때 각 지점에서 스트레인을 측정하였다. 광섬유가 실험적으로 사용된 반면에 일반적으로 적용하는 스트레인 게이지를 부착하여 안정적인 시험결과를 확보하였다. 가압 시험결과는 유한요소 해석 결과와 비교하였고 그 결과는 유사한 일치를 보여주었다. 이 과정을 통하여 개구부 한개를 지닌 복합재료 압력용기의 설계, 제작 및 시험평가가 성공적으로 이루어져 제조기술의 확보가 가능하였다.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.22-28
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• 2006

금속재 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 라이너의 반복 수명 향상을 위해 제조 공정 중 라이너가 압축잔류응력을 갖도록 하는 자긴처리 공정을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자긴처리에 의한 라이너의 압축잔류응력과 이후의 응력 거동을 정확히 예측할 수 있는 유한요소해석 기법을 제시하고, 이러한 해석 결과를 바탕으로 복합재 압력용기의 반복 수명을 예측할 수 있는 방법을 제안한다. 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 3차원 비선형 유한요소해석을 통해 라이너의 응력 거동을 정확히 예측하고, 압력용기의 반복수명을 결정짓는 파라미터로 금속재 라이너의 폰미세스 응력을 도입한다. 라이너 재료에 대한 피로시험과 복합재 압력용기 시제품에 대한 반복시험을 통해 제안된 방법의 타당성과 유효성을 입증한다.

• 한국추진공학회지
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• 제7권2호
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• pp.36-43
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• 2003

탄소섬유 T700/Epoxy로 만든 직교이방성 구조로 된 두께가 얇은 압력용기의 반경방향의 변위에 관한 해를 곡선좌표계의 평형방정식을 사용하여 구하였다. 3차원 곡선좌표계의 변형율과 변위의 관계를 간단히 하면서 지배방정식을 유도하기 위해 변분이론과 가상일의 원리를 사용하였다. 다른 여러 종류의 직교이방성 압력용기에 대한 계산 결과를 제시했으며 수압시험을 한 결과와 비교 검토하였다. 계산결과와 시험결과는 비교적 잘 일치하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제21권3호
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• pp.313-318
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• 2001

본 연구에서는 복합재료에 적용 가능한 음향방출 비파괴 시험 평가 기법의 정립을 목표로, 복합재 표준 시험용 평가 시편(STEB), 금속재 압력용기 내부의 복합재 내열튜브, 추진기관 토출관 등의 수압 보증 시험에서 음향방출 시험법을 적용하였다. 복합재 표준 시험용 평가 시편의 경우 음향방출 hit rate parameter를 이용하여 파열압력이 낮은 시편(2100psi이하)과, 파열압력이 높은 시편(2100psi이상)과의 구분이 가능하였으며, 파열압력이 낮은 시편은 파열압력의 50%범위내에서 과열위치의 탐지가 가능하였다. 금속재 압력용기 내부의 복합재료 내열튜브 및 추진기관 토출관의 시험 결과, 수압시험 중 크랙의 발생 압력, 초기 발생 위치, 및 진전과정의 탐지가 가능하였다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.224-227
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• 2004

A computer program for composite pressure vtlssel design is developed. In-puts are : material-property(young's modulus, shear modulus, tensile strength, poisson's ratio, density), operating pressure, burst pressure, liner thickness, boss diameter, boss weight and number of helical angles. Out-puts are; thickness of each layer, weight of the vessel, dimension of the vessel, inner volume, dome-shape and helical winding angle. Also filament winding angles can be selected various kinds of utilizing virtual boss diameter.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.648-651
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• 2009

탄소섬유강화플라스틱(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)용기의 외부에 화재가 발생할 경우 함침된 수지(Resin)가 탄화되면서 자체 강도가 약화되고 충전된 가스가 외부 온도 상승에 따라 압력 상승이 발생하여 용기의 폭발로 이어지는 사고가 발생할 개연성이 높다. 화염 노출조건에서 복합재료 용기의 폭발을 방지하기 위하여 용기용 밸브에 내장된 온도감응식 압력안전장치(TPRD:Thermally activated Pressure Relief Device) 작동 성능을 검증하기 위한 방법으로 화염실험(Bonfire test)를 실시하고 있으나, 개방 공간에서 실시되는 이 실험은 표면 온도 변화가 매우 크게 발생하여 실험에 대한 재현성(Reproducibility)에 의문이 제기되고 있다. 따라서, 표면 온도를 일정하게 유지하기 위한 실험 방법의 개선이 필요하다. 본 연구에서는 경유+heptane을 이용한 전체 화염에 노출되는 경우와, 천연가스를 이용한 단일화염에 노출되는 경우의 실험 결과 비교를 통하여 화염 노출 표면 온도를 일정하게 유지하기 위한 가열 방법의 타당성을 검토하였다. 또한, 복합재료 라이너(Liner)의 온도 변화 비교를 통하여 집중화염 노출 조건에서 열전달 특성을 알아보았다.

• Composites Research
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• 제23권3호
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• pp.37-42
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• 2010

섬유 방향 강성과 강도는 복합재 압력 용기의 성능과 밀접한 관계를 갖기 때문에, 압력 용기 구조 설계시에 다른 물성들보다 중요 설계 인자가 된다. 즉 복합재 압력 용기의 내압 변형 및 파열 압력은 섬유 물성에 의해 큰 영향을 받는다. 그러므로 정확한 섬유 방향 물성을 측정할 수 있는 기법을 확립하는 것이 복합재 압력 용기 설계 전에 우선되어야 한다. 그러나 복합재 압력용기의 섬유 방향 물성은 제작 공정 변수(와인딩 장비, 작업자, 작업환경 등)와 크기 효과에 의해 큰 영향을 받으므로 기존의 시편 시험 방법으로는 정확한 섬유 방향 물성 측정이 어렵다. 섬유 물성을 측정하는 가장 이상적인 시험 방법은 실물 압력용기 파괴시험이지만 많은 비용이 소요되어, 제품으로부터 다량의 링 시편을 채취, 내압 시험을 할 수 있는 Hoop ring 시험 방법이 제시되었다. Hoop ring 시험과 실물 압력용기의 수압 파괴 시험으로부터 구한 섬유 방향 물성들은 근접된 좋은 일치를 나타내었다.