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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이형욱
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2020
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수소연료전지차에서 연료탱크와 주변장치들을 연결하는 메탈 실링부는 연료관의 연결부에서 연결과 함께 수소의 누출을 방지하는 기능을 수행한다. 메탈 실링부는 파이프, 너트, 피팅부 총 3개의 부품으로 구성되고 너트의 체결에 의해 수소 기밀을 유지한다. 기존 고압에서 사용하는 고무실링과 달리 메탈 실링부는 금속과 금속의 형상이 접촉하여 기밀성을 유지하는 방법이다. 따라서 메탈 실링부에서 접촉되는 부분의 형상이 기밀성에 영향을 줄 것으로 생각되기 때문에 해석을 통해 기밀성을 분석하고자 한다.
메탈 실링부 설계도면을 통한 설계형상과 실제 제작된 성형형상은 형상의 차이로 인해 기밀성을 나타낼 수 있는 접촉거리, 접촉면압, 분포 접촉력이 다르게 작용할 것으로 생각된다. 또한 메탈 실링부 체결 과정에서 유효소성변형률이 발생하고 수소 충ㆍ방전 시 수소 압력 때문에 하중변동에서의 응력변화는 작으나 평균응력이 높아 피로 파괴 발생 가능성이 있을 것으로 생각된다.
메탈 실링부의 수소 충ㆍ방전 상태의 응력과 변형률을 사용하여 피로수명을 예측하였다. 또한 평균응력을 고려한 피로한도를 분석할 수 있는 헤이그선도(Haigh Diagram)를 통해 피로파괴의 안전성을 평가하였을 때 메탈 실링부는 무한수명으로 예측되었다. 하지만 수소와 접촉하는 파이프의 내부 부위는 높은 인장영역에 해당하여 추가적인 하중 조건에서 다른 부위보다 손상 될 위험이 높을 것으로 예측되었다.
메탈 실링부에서는 파이프 형상과 피팅부 형상에 의해 피팅부의 유효성변형률, 접촉거리, 접촉면압, 분포 접촉력이 달라질 것으로 생각되어 반응표면법을 통해 파이프와 피팅부의 형상을 최적설계하였다. 탄성변형 내에 있는 메탈실링은 다양한 이점이 있기 때문에 피팅부가 탄성변형에 가깝도록 유효소성변형률에 중요도를 두고 최적설계한 결과 유효소성변형률을 낮추면서 다른 기밀성 판단조건은 거의 유지하도록 설계할 수 있었다.
메탈 실링부 설계도면을 통한 설계형상과 실제 제작된 성형형상은 형상의 차이로 인해 기밀성을 나타낼 수 있는 접촉거리, 접촉면압, 분포 접촉력이 다르게 작용할 것으로 생각된다. 또한 메탈 실링부 체결 과정에서 유효소성변형률이 발생하고 수소 충ㆍ방전 시 수소 압력 때문에 하중변동에서의 응력변화는 작으나 평균응력이 높아 피로 파괴 발생 가능성이 있을 것으로 생각된다.
메탈 실링부의 수소 충ㆍ방전 상태의 응력과 변형률을 사용하여 피로수명을 예측하였다. 또한 평균응력을 고려한 피로한도를 분석할 수 있는 헤이그선도(Haigh Diagram)를 통해 피로파괴의 안전성을 평가하였을 때 메탈 실링부는 무한수명으로 예측되었다. 하지만 수소와 접촉하는 파이프의 내부 부위는 높은 인장영역에 해당하여 추가적인 하중 조건에서 다른 부위보다 손상 될 위험이 높을 것으로 예측되었다.
메탈 실링부에서는 파이프 형상과 피팅부 형상에 의해 피팅부의 유효성변형률, 접촉거리, 접촉면압, 분포 접촉력이 달라질 것으로 생각되어 반응표면법을 통해 파이프와 피팅부의 형상을 최적설계하였다. 탄성변형 내에 있는 메탈실링은 다양한 이점이 있기 때문에 피팅부가 탄성변형에 가깝도록 유효소성변형률에 중요도를 두고 최적설계한 결과 유효소성변형률을 낮추면서 다른 기밀성 판단조건은 거의 유지하도록 설계할 수 있었다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구배경 11.2 연구동향 31.3 연구 필요성 및 목적 4Ⅱ. 기초 연구 92.1 재료 물성 및 경계조건 92.2 설계형상과 실제형상 비교 122.3.1 축대칭 설계 모델 해석 132.3.2 축대칭 성형 모델 해석 142.4 형상에 따른 비교분석 15Ⅲ. 피로수명예측 203.1. 피로수명 예측 방법 203.2.1 설계 모델 피로수명 해석 243.2.2 성형 모델 피로수명 해석 253.3 메탈 실링부에서의 응력-수명, 변형률-수명 관계 29Ⅳ. 메탈 실링부 최적설계 334.1 실험계획법 334.2 반응표면법과 요인선정 334.3 요인에 따른 반응 변수 결과 364.4 최적설계 영역 지정 394.5 모든 변수를 향상하려는 방안 444.6 유효소성변형률을 줄이려는 방안 48ⅴ. 결 론 52References 54Abstract 57
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