• 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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• 제21권1호
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• pp.1-7
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• 2008

복합재 고압 용기는 우수한 기계적 강도를 유지하면서 경쟁적인 무게절감을 얻을 수 있는 복합재의 장점으로 인해 최근에 많이 사용되고 있다. 하지만 고압에서 발생하는 복합재의 기밀 문제(permeability)를 보완하기 위해 금속으로 덧대는 Type 3 형태의 구조로 많이 사용된다. 그러나 복잡한 기하학적 형상, 제조공정 변수 등으로 인해 차입 3 형태의 압력용기를 설계하는 데에는 많은 어려움이 뒤따른다. 따라서 본 연구에서는 이러한 변수들을 고려하는 준측지궤적 알고리즘(semi-geodesic algorithm)과 최적화를 위한 유전자 알고리즘을 적용하여 차입 3 복합재 압력용기의 GUI(graphic user interface) 최적설계 프로그램을 개발하였다. 또한 개발된 프로그램을 이용하여 연료 전지 자동차에 적용되는 350/700 바 수소저장용기에 대해 최적 설계를 수행하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.172-179
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• 2021

The drop impact analysis was carried out on Type 4 pressure containers, and the degree of damage to the falling environment was predicted and determined using smoothed particle hydrodynamics (SPH) techniques. The purpose of the design and the optimization process of the winding pattern of the pressure vessel of the composite material is to verify the safety of the container in actual use. Finally, an interpretation process that can be implemented in accordance with domestic test standards can be established to reduce the cost of testing and containers through pre-test interpretation. The research on the fall analysis of pressure vessels of composite materials was conducted using Abaqus, and optimization was conducted using ISIGHT. As a result, the safety of composite pressure vessels in the falling environment was verified.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.203-206
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• 2005

The objective of study on composite cylinder for alternative fuel vehicle is to develop safe, efficient, and commercially viable, on-board fuel storage system for the fuel cell vehicle or natural gas vehicle that use highly compressed gaseous fuel such as hydrogen or natural gas. This study presents the whole procedure of development and certification of a type 3 composite cylinder of 207bar service pressure and 70 liter water capacity, which includes design/analysis, processing of filament winding, and validation through various testing and evaluation. Design methods of liner configuration and winding patterns are presented. Three dimensional, nonlinear finite element analysis techniques are used to predict burst pressure and failure mode. Design and analysis techniques are verified through burst and cycling tests. The full qualification test methods and results for validation and certification are presented.

• 한국가스학회지
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• 제23권5호
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• pp.1-7
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• 2019

호흡용 용기에 흠 등의 결함이 발생하였을 때 용기의 잔존강도를 파악하여 파열압력을 판단해야하지만, 복합재료 용기의 경우 흠에 따른 파열 강도의 예측이 어려우며 기법이 복잡하다. 따라서 본 연구에서는 Type-I 용기의 면적용량법 적용 결과를 토대로 Type-III 용기에 결함발생시 파열을 예측하기 위해 면적 용량법 모델을 개발하였으며, 그 신뢰성을 확인하기 위해 용기의 외면에 흠을 가공하여 파열시험을 실시하였다. 면적 용량법 모델의 예측 결과와 실험의 경향이 매우 일치하는 경향을 보였으며, 향후 복합재 용기의 파열압력 추정 방법에 있어 중요한 자료가 될 것으로 기대한다.

• Composites Research
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• 제23권6호
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• pp.61-66
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• 2010

본 논문에서는 필라멘트 와인딩 시 장력에 의해 압밀을 유발하는 압력을 선행연구자들의 연구를 참조하여 결정한 후 T800 탄소섬유/에폭시 복합재료의 기본적인 물성과 성형압력 변화에 따른 면 내 외의 물성 변화를 측정하였다. 실험 시편은 오토클레이브 진공백 성형을 통해 압력(절대압력 0.1MPa, 0.3MPa, 0.7MPa)을 조절하여 제조되었다. 모든 시편은 적층판 형태로 정화된 후 워터젯을 이용하여 시편 모양으로 절단되었으며, 층간 전단시편의 V-노치는 밀링가공을 통하여 제작되었다. 평면 내 물성을 위해 다양한 인장실험이 실시되었으며, 평면 외 물성을 측정하기 위해 층간 전단 실험이 수행되었다 성형압력과 물성 변화를 관련시키기 위해 시편의 섬유 부피분율을 측정하였다. 본 연구에서 측정된 물성은 동일한 탄소섬유 (T800 탄소섬유)를 사용하여 필라멘트 와인딩 공정으로 제작되는 차량용 Type III 수소저장용기의 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.570-577
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• 2018

Composite pressure vessels made through filament winding are widely used in various fields. Numerous studies regarding composite pressure vessels have been conducted in the automotive industry to improve the space efficiency of trunks as well as the fuel efficiency. Compared with steel liquefied petroleum gas (LPG) vessels used in the conventional LPG vehicles, the use of type 4 composite pressure vessels has advantages in terms of reduction of the weight of vehicles. This study focused on development of type 4 composite pressure vessels that can be installed in the spare tire well. Those type 4 composite pressure vessels are designed with torispherical dome shapes instead of geodecis dome shapes because of the space limitation. To reduce deformation due to the stresses in the axial direction of the vessels, thereby securing the safety of the container, the reinforcing bar concept was applied. A structural analysis software, ABAQUS, confirmed the effect of the reinforcing bar on the axial deformation through the type 4 composite pressure vessel. As a result, the final winding angle of the composite layer was analyzed by applying $26^{\circ}/28^{\circ}/26^{\circ}/28^{\circ}/26^{\circ}/88^{\circ}$ The tensile stress was 939.2 MPa and the compressive stress was 249.3 MPa.

• Journal of Platform Technology
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• 제10권4호
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• pp.3-10
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• 2022

본 연구에서는 수소차에 사용되는 수소압력용기 비파괴 안전성 평가 플랫폼 개발을 위해 유한요소해석을 사용하여 안전성 평가 기준 개발에 대한 연구를 수행하였다. Type 4 수소 압력 용기의 안전성을 평가하기 위해 복합 재료의 특성에 따른 매개변수를 바탕으로 재료의 물성을 유한요소 해석을 통해 도출하였다. 이를 통해 수소압력용기에 사용되는 CFRP 복합소재의 기계적 특성을 바탕으로, 내부 결함을 모델링하고 수소압력용기에 대한 평가기준을 사용하여 내부결함에 대한 파손가능성 여부를 도출하는 프로세스를 연구하였다. 결함은 박리, 이물질, 표면 수직균열을 모델링하고 파손 기준에 따른 손상을 분석하여 비파괴검사를 통해 검출된 결함의 안전성 여부를 판단할 수 있는 방법을 연구하였다. 연구 결과 박리 결함은 수소 압력용기의 내부에 근접할수록 파손가능성이 높아졌으며, 수직 균열을 경우 균열의 깊이가 깊어질수록 손상가능성이 높게 나타났다. 또한, 이물질 결함의 경우 압력용기의 외부 방향에 비해 내부 방향에 위치한 경우 손상가능성이 높게 나타났다. 본 연구를 통해 결함의 종류, 형상 및 크기에 따른 수소압력용기의 안전성을 평가할 수 있는 방법을 제시하였으며, 향후 본 연구결과를 바탕으로 수소차량 압력용기의 비파괴시험 안전검사 플랫폼 개발 연구를 수행하고자 한다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 추계학술발표대회 논문집
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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.

• 한국가스학회지
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• 제16권2호
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• pp.18-24
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• 2012

본 연구는 Type II 가스실린터의 20,000 회 피로시험과 파열시험시 음향방출시험을 병행하여 용기의 손상정도를 평가하고자 하였으며, 실험에 사용된 용기는 결함 크기가 $3mm{\times}3mm{\times}50mm$ (폭${\times}$깊이${\times}$길이)이고 결함 방향이 용기의 종방향 및 횡방향인 인공결함용기와 건전한 용기 등 세 종류이다. 피로시험시 발생된 음향방출신호는 종방향결함의 경우 전체 신호 중 결함에서 발생된 이벤트의 비율이 50 % 이상이며, 음향방출신호의 위치표정도 매우 정확하게 일치하였다. 또한 파열시험에서는 인공결함용기가 결함 위치에서 에상파열압력보다 낮은 압력으로 파열될거라는 예상과는 달리 인공결함용기의 파열압력은 건전한 용기와 큰 차이가 없었으며, 단지 종방향 인공결함용기의 경우 파열위치가 결함 위치와 근접하게 발생하였다. 이는 종방향 결함의 길이만큼 복합재료의 두께가 얇아지는 효과로 나타나게 되어 금속라이너의 피로반복시 결함 발생과 성장위치에 영향을 미친 것으로 판단된다.