• 대한기계학회논문집A
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• 제29권8호
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• pp.1109-1117
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• 2005

To identify damage that develops in filament wound composite pressure vessels subjected to low velocity impact, a series of impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel. The resulting damages by the three different impactors were assessed by the scanning acoustic and metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the resistance parameters were proposed and its validity in identifying the damage resistance of CFRP pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the impactor shape were estimated quantitatively.

• International Journal of Safety
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• 제4권2호
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• pp.6-11
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• 2005

The goals of the paper are to understand the impact damage behavior and identify the effect of surface protective materials on impact resistance in filament wound composite pressure vessels. For these, a series of low velocity impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel by the instrumented impact testing machine. The specimens are classified into two types, which are with and without surface protective material. The visualization for impact damage by two different impactors is made by metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the impact resistance parameters were employed,rod its validity in identifying the damage resistance of filament wound composite pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the surface protective material were evaluated quantitatively

• 한국안전학회지
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• 제20권4호
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• pp.14-19
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• 2005

One area in which composites have been used rather extensively is for fabricating pressure vessel. These structures can be readily manufactured by filament winding, which is, as far as composite fabrication techniques are concerned, a relatively inexpensive method for producing composite structures. Unfortunately, the higher strength material and fabrication costs are not the only disadvantages of fiber-reinforced polymer composites when they are compared to metals. Additionally, these materials tend to exhibit brittle behavior. This is of particular concern when they are subjected to a low-velocity impact during routine handling a significant amount of structural damage can be introduced into the composites. The goals of this paper are to understand the impact damage behavior and identify the effect of surface coating materials on impact resistance in filament wound composite pressure vessels. For these, a series of low velocity impact tests was performed on specimens cutting from the full scale pressure vessel by the instrumented impact testing machine. The specimens are classified into two types with and without surface protective material. The visualization for impact damage is made by metallurgical microscope. Based on the impact force history and damage, the resistance parameters were employed and its validity in identifying the damage resistance of pressure vessel was reviewed. As the results, the impact resistance of the filament wound composites and its dependency on the protective material were evaluated quantitatively.

• 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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• 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.

• Composites Research
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• 제21권6호
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• pp.23-30
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• 2008

본 논문에서는 자연 노화가 필라멘트 와인딩으로 제작된 압력용기의 강도 분포와 구조 사용 수명에 미치는 영향을 연구하였다. 자연 노화에 따라 변화되는 섬유 방향 파괴 변형률을 설계 확률 변수로 하는 확률 강도 해석을 수행하였다. 이때 확률강도 해석은 정확한 파열 압력을 예측하기 위해 연속 파손 모드가 고려되었고, 비선형 한계식의 해를 구하기 위해 FORM방법이 이용되었다. 해석을 통해 노화 시간별 파괴 확률 분포 선도를 구하였다. 복합재 구조물의 특성상 재료 물성 및 제작 공정 변수 영향으로 제품의 성능 변동성이 비교적 크게 나타났고, 노화로 인한 압력용기의 파열 압력 저하 현상은 대부분 10년 이내에서 발생하였다. 임의 적층의 복합재 압력 용기를 모델로 하여 수명을 평가한 결과, 파괴 확률 2.5%와 안전율 1.3을 고려한 설계 압력 3,250psi기준으로 약 13년의 사용 수명이 평가되었다.

• Composites Research
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• 제24권5호
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• pp.1-8
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• 2011

본 논문은 필라멘트 와인딩 압력용기의 섬유 강도 크기 효과에 관한 이론 해석 및 시험 결과를 제시하였다. 첫 번째로, 카본-에폭시로 필라멘트 와인딩된 여러 크기의 후프 링 시험을 수행한 결과 섬유 강도의 크기 효과가 현저하게 나타났다. 다음으로, 해석적 방법으로 와이블 최약 파손 모델과 다 단계 연속 파손 모델을 이용한 파손 해석을 수행하여 후프 링 시험 결과 및 다른 문헌의 한 방향 복합재 시험 결과와 비교하였다. 해석 결과는 시험 결과와 비교하여 현저하게 낮은 섬유 강도 값들을 나타내었다. 본 논문에서는, 길이 방향의 크기 효과를 변경한 개선형 다단계 연속 파손 이론을 제시하였다. 개선형 다단계 연속 파손 이론으로부터 구한 섬유 강도 값들은 시험 결과들과 좋은 일치를 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권5호
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• pp.491-497
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• 2015

본 논문은 필라멘트 와인딩 공법으로 제작된 구배 단면을 갖는 돔 분리형 복합재 압력용기 접착체결부의 온도영향에 따른 층간파괴인성 평가를 위해 모드 I, II 그리고 혼합모드의 시험적 평가를 수행하였다. 모드 I과 혼합모드 층간파괴인성은 DCB 시편을 사용하였으며, 모드 II 층간파괴인성은 ENF 시편을 사용하여 평가하였다. 와인딩 각도는 $[{\pm}10^{\circ}]_6$, $[{\pm}27^{\circ}]_6$ 그리고 ($[{\pm}10^{\circ}]_3/FM73/[{\pm}10^{\circ}]_3$)이며 곡면 단면을 고려하였다. 시험 평가에 적용된 온도 환경은 환경 챔버와 전기로를 이용하여 $-30^{\circ}C$에서 $60^{\circ}C$로 조성하였다. 층간파괴인성에 온도가 미치는 영향을 평가한 결과, 층간파괴인성은 저온에서 높게 나타났으며, 온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 확인하였다. 시편 종류별 결과에서는, 돔부와 헬리컬부가 접착체결된 $[{\pm}10^{\circ}]_3/FM73/[{\pm}10^{\circ}]_3$ 와인딩 시편이 가장 높은 층간파괴인성을 가짐을 확인하였다.