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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김건우 (가천대학교, 가천대학교 일반대학원)

지도교수
김한상
발행연도
2021
저작권
가천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수36

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이 논문의 연구 히스토리 (5)

2022

최적화 프로세스를 통한 Type 4 수소저장용기 최적 설계 및 구조해석
김건우 ,  김한상 한국가스학회 학술대회논문집 2022.11 학술대회자료

2021

복합재료 압력용기 초기 와인딩 패턴 설계 및 최적화를 통한 구조해석
김건우 기계공학과 2021.01 학위논문

2020

최적화설계를 통한 수소 튜브트레일러용 Type 4 복합재료 압력용기의 구조해석 및 낙하충격해석
김건우 ,  김채현 ,  최인호 외 1명 한국가스학회 학술대회논문집 2020.10 학술대회자료

2019

드론 장착용 10.8L Type-4 복합재료 압력용기 최적화 설계 및 구조해석
김건우 ,  김채현 ,  김한상 한국가스학회 학술대회논문집 2019.10 학술대회자료
수소 트레일러용 Type 4 복합재료 압력용기 설계 및 구조해석
김건우 ,  임태훈 ,  박장웅 외 1명 한국가스학회 학술대회논문집 2019.05 학술대회자료

초록· 키워드

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해외 및 국내에서 사용되고 있는 압력용기의 종류는 라이너의 재질과 복합재를 감는 위치에 따라 나뉘게 되며 용기는 총 4가지 타입으로 구성되어 있다. Type 1 용기의 경우 금속 재질만 사용하여 제작된 용기이고 Type 2 용기는 Type 1과 동일하게 금속 재질을 사용하여 제작되었지만 복합재료를 통해 실린더 부를 보강하는 방식으로 제작되는 용기이다. 또한 Type 3 용기는 금속 재질의 라이너를 사용하고 라이너 전체를 복합재료로 보강하는 방식으로 제작된다. 앞서 말한 3가지 타입의 용기와는 다르게 Type 4 용기는 비금속 재질을 사용하여 제작된 라이너 위에 복합재료로 보강하여 만든 용기이다. 현재 모든 용기의 타입이 고압의 압력을 견디는 목적으로 사용되고 있지만 그 중 Type 3 및 Type 4 복합재료 압력용기가 대표적이다. 섬유가 내압에 의해 발생되는 모든 하중을 지지한다는 이론인 망목이론으로부터 유도된 등장력 돔 형상을 통해 복합재료 압력용기는 설계되며 탄소섬유를 감는 방식인 필라멘트 와인딩을 통해 비 측지선, 측지선, 준 측지선 궤적으로 돔 부 및 실린더 부를 보강하여 제작된다. 복합재료 압력용기는 기존 금속 재질로만 제작된 용기에 비해 무게 효율이 높고 내 부식성에 강하다는 장점이 존재하지만 제작 및 안정성 시험을 통과함에 있어 많이 예산이 소모되는 단점이 존재한다. 이를 위해 본 연구에서는 와인딩 각도를 변경하여 더 낮은 응력을 도출함으로써 안전성을 높이거나 복합재료 압력용기에 사용되는 복합재료의 두께를 줄여 경제성을 높힐 수 있는 연구가 필요하다고 판단하였다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 Matlab을 통해 154L Type 3 및 그 외 Type 4 복합재료 압력용기의 라이너 형상을 등장력 돔으로 설계하였으며 상용 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 통해 모델링을 진행하였다. 또한 Type 3 및 Type 4 복합재료 압력용기를 제작함에 있어 필라멘트 와인딩의 중요한 매개 변수인 와인딩 각도, 레이어 적층 순서, 각 레이어 타입에 따른 적층 수, 고각의 레이어 등에 따른 복합재료 압력용기의 영향을 ABAQUS의 Plug-In인 WCM(Wound Composite Modeler)를 통해 모델링하고 구조해석 진행 및 확인함으로써 초기 와인딩 패턴을 설계하였다. 이 후 최적화 프로그램인 I-Sight를 통해 필라멘트 와인딩 각도를 매개변수로 하고 구조해석까지 자동으로 진행되는 최적화 프로세스를 설계하고 진행하여 구조 해석의 시간적 효율성을 높이고 최적화 된 와인딩 패턴을 도출하여 복합재료 압력용기의 경제성 및 안정성을 높이는 결과를 얻었다.
#Type 3 및 Type 4 복합재료 압력용기 #초기 와인딩 패턴 #최적화 프로세스

목차

Ⅰ. 서론
1.1 연구 배경 및 필요성
1.2 연구 목적
Ⅱ. 본론
2.1 복합재료 압력용기 돔 형상 설계
(1) 망목 이론 (Netting Theory)
(2) 등장력 돔 형상 설계 이론
2.2 복합재료 압력용기 파손 기준 설정
2.3 복합재료 압력용기 초기 와인딩 패턴 설계
2.4 복합재료 압력용기 모델링
(1) 수소 스테이션용 Type 3 복합재료 압력용기
(2) 수소 트레일러용 Type 4 복합재료 압력용기
(3) 수소 드론용 Type 4 복합재료 압력용기
2.5 최적화 프로세스 설계
(1) 유전 알고리즘 (Genetic Algorithm)
(2) 담금질 기법 알고리즘 (Simulated Annealing Algorithm)
(3) 최적화 프로세스
2.6 최적화 프로세스를 통한 구조해석
(1) 수소 스테이션용 Type 3 복합재료 압력용기
(2) 수소 트레일러용 Type 4 복합재료 압력용기
(3) 수소 드론용 Type 4 복합재료 압력용기
Ⅲ. 결론
Ⅳ. 참고문헌
Ⅴ. Abstract

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