Kim, Kwang Seok;Lee, Kyomin;Lee, Jaehun;Cho, Seongmin
The KSFM Journal of Fluid Machinery
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v.19
no.3
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pp.53-56
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2016
In this study, experiments and finite element method analysis were used to determine the autofrettage pressure that is optimal and then maximizes the cycling life of Type3 composite cylinders used in self-contained breathing apparatus. For both approaches, the cylinders were pressurized at 100, 110, ${\ldots}$, 290 % of the test pressure, respectively. The stresses were computed by the FEM analysis; while the strains of cylinders were recorded and the failure modes were monitored during the cycling test. As a result, from the good agreements between the simulations and experiments, it was concluded that at least 70 % of the test pressure should be applied as the autofrettage pressure in order to takes visible effect on the cycling life, and 160 % of the test pressure induces the maximum cycling life and the desired failure mode.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.45-48
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2005
In manufacturing process of composite cylinders with metal liner, the autofrettage process which induces compressive residual stress on liner to improve cycling life can be applied. In this study, finite element analysis technique is presented, which can predict accurately the compressive residual stress on liner induced by autofrettage and stress behavior after. Material and geometry non-linearity is considered in finite element analysis, and the Von-Mises stress of a liner is introduced as a key parameter that determines pressure cycling life of composite cylinders. Presented methodology is verified through fatigue test of liner material and pressure cycling test of composite cylinders.
Seong-Ju Sim;Bong-Soo Jin;Jun-Ho Park;Hyun-Soo Kim
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.15
no.2
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pp.314-320
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2024
Lithium dendrite formation is one of the most significant problems with lithium metal batteries. The lithium dendrite reduces the lithium metal batteries' cycling life and safety. To apply consistent external pressure to a lithium metal pouch cell, we design a press jig in this study. External pressure creates dense lithium morphology by preventing lithium dendrite formation. After 300 cycles at 1 C, the cells with the external pressure perform far better than the cells without it, with a cycling retention of 97.8%. The formation of stable lithium metal is made possible by external pressure, which also enhances safety and cyclability.
In manufacturing process of composite cylinders with metal liner, the autofrettage process which induces compressive residual stress on the liner to improve cycling life can be applied. In this study, a finite element analysis technique is presented, which can predict accurately the compressive residual stress on the liner induced by autofrettage and stress behavior after. Material and geometrical non-linearity is considered in the finite element analysis, and the Von-Mises stress of a liner is introduced as a key parameter that determines pressure cycling life of composite cylinders. Presented methodology is verified through fatigue test of liner material and pressure cycling test of composite cylinders.
Bentonite is a recommended material for the multiple barriers in the final disposal of low-level radioactive waste (LLW) to prevent groundwater intrusion and nuclear species migration. However, after drying-wetting cycling during the repository construction stage and ion exchange with the concrete barrier in the long-term repository, the bentonite mechanical behaviors, including swelling capacity and hydraulic conductivity, would be further influenced by the groundwater intrusion, resulting in radioactive leakage. To comprehensively examine the factors on the mechanical characteristics of bentonite, this study presented scenarios involving MX-80 and KV-1 bentonites subjected to drying-wetting cycling and accelerated ion migration. The experiments subsequently measured free swelling, swelling pressure, and hydraulic conductivity of bentonites with intrusions of seawater, high pH, and low pH solutions. The results indicated that the solutions caused a reduction in swelling volume and pressure, and an increase in hydraulic conductivity. Specifically, the swelling capability of bentonite with drying-wetting cycling in the seawater decreased significantly by 60%, while hydraulic conductivity increased by more than three times. Therefore, the study suggested minimizing drying-wetting cycling and preventing seawater intrusion, ensuring a long service life of the multiple barriers in the LLW repository.
Cycle life tests have been carried out to evaluate the influence of safety valve pressure on valve regulated lead/acid batteries under deep cycling applications. Batteries were cycled at 5 hour rates at 100% DOD, and safety valve pressure was set to 1.08 and 2.00 bar, respectively. The batteries lost 248.3 g and 235.3 g of water for each case after about 1,200 cycles, but the cyclic performances of the batteries were comparable. Most of the gas of the battery during discharging was hydrogen, and the oxygen concentration increased to 18% after 3 hours of charging. The micro structure of the positive active materials was completely changed and the corrosion layer of the positive grid was less than $50{\mu}m$, regardless of the pressure of the safety valve after cycle life tests. The cause of discharge capacity decrease was found to be water loss and the shedding of the positive active materials. The pressure of safety valve does not give little effect to the cyclic performances and the failure modes of the gelled electrolyte valve-regulated lead acid batteries.
Composite cylinder is used by hydrogen fuel cell vehicles and natural gas vehicles because of high specific modulus, specific strength and fatigue resistance. composite cylinder has a seamless integrated liner and it is fully overwrapped with structural fibers of high strength carbon fibers in an epoxy matrix. In this study, filament winding pattern and autofrettage pressure design technique are presented considering structural weakness of knuckle and compressive residual stress. Presented methodology is verified by pressure cycling test of composite cylinders.
Most fossil power plants and many critical components will be approaching the end of their nominal design life. At the same time, utilities are finding it economically attractive to extend the use of these plants for several more years, Especially Main steam pipe that operated under high temperature and pressure, often under the more severe operating conditions associated with cycling duty, is most important pipe system and critical component in fossil power plant. To extend the viability of older pipe system and to improve the operation and maintenance reliability, some technologies of precise diagnosis and life management have evolved out of the necessity. The purpose of this study is to descrive the related technologies and show the example of one power plants. The purpose of this study is to descrive the related technologies and show the example of one power plants. The stress analysis was done using ANSYS FEM Code. The branch area from main steam to turbine was the high stressed zone. To evaluate the degradation of the pipe material, replica, visual check, magnetic test, hardness test were done at the welding spot. The degradation level of welding point was E/F, so the remaining life of the welded area was about 0-25%.
Cracking and bulging in welded and internally lined pressure vessels that work in thermal-mechanical cycling service have been well known problems in the petrochemical, power and nuclear industries. However, published literature and industry surveys show that similar problems have been occurring during the last 50 years. A better understanding of the causes of cracking and bulging causes is needed to improve the reliability of these pressure vessels. This study attempts to add information required for increasing the knowledge and fundamental understanding required. Typical examples of this problem are the coke drums in the delayed coking units refinery process. This case was selected for experimental work, field study and results comparison. Delayed coking units are among the refinery units that have higher economical yields. To shut down these units represents a high negative economical impact in refinery operations. Also, the maintenance costs associated with repairs are commonly very high. Cracking and bulging occurrences in the coke drums, most often at the weld areas, characterize the history of the operation of delayed coking units. To design and operate more robust coke drums with fewer problems, an improved metallurgical understanding of the cracking and bulging mechanisms is required. A methodology that is based field experience revision and metallurgical analyses for the screening of the most important variables, and subsequent finite element analyses to verify hypotheses and to rank the variables according to their impact on the coke drum lives has been developed. This indicated approach provides useful information for increasing coke drum reliability. The results of this work not only order the most important variables according to their impact in the life of the vessels, but also permit estimation of the life spans of coke drums. In conclusion, the current work shows that coke drums may fail as a combination of thermal fatigue and other degradation mechanisms such as: corrosion at high and low temperatures, detrimental metallurgical transformations and plastic deformation. It was also found that FEA is a very valuable tool for understanding cracking and bulging mechanisms in these services and for ranking the design, fabrication, operation and maintenance variables that affect coke drum reliability.
Type3 cylinder is a composite pressure vessel fully over-wrapped with carbon/epoxy composite layers over an aluminum liner, which is the most ideal and safe high pressure gas container for CNG vehicles due to the lightweight and the leakage-before-burst characteristics. During service in CNG vehicle, if a fiber cut damage occurs in outer composite layers, it can degrade structural performance, reducing cycling life from the original design life. In this study, finite element modeling and analysis technique for the composite cylinder with fiber-cut crack damage is presented. Because FE analysis of type3 cylinder is path dependant due to plastic deformation of aluminum liner in autofrettage process, method to introduce a crack into FE model affect analysis result. A crack should be introduced after autofrettage in analysis step considering real circumstances where crack occurs during usage in service. For realistic simulation of this situation, FE modeling and analysis technique introducing a crack in the middle of analysis step is presented and the results are compared with usual FE analysis which has initial crack in the model from the beginning of analysis. Proposed analysis technique can be used effectively in the evaluation of influence of damage on composite layers of type3 cylinder and establish inspection criteria of composite cylinder in service.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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