온도 환경을 고려한 복합재 압력용기의 점진적 파손 거동 예측 연구 = A Study on the Prediction of Progressive Failure Behavior of a Composite Pressure Vessel Considering Temperature Environment
저자
발행사항
대전 : 한밭대학교 대학원, 2016
학위논문사항
학위논문(석사)-- 한밭대학교 대학원 : 기계설계공학과 복합재 구조역학 2016. 2
발행연도
2016
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
대전
형태사항
41 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 신광복
소장기관
The purpose of this study is to predict the failure behavior for adhesive joints of a composite pressure vessel with separated dome considering storage and operating environment. The adhesive joint between the dome and the cylinder must be evaluated for structural integrity through failure behavior prediction.
In this study, failure analysis for adhesive joint of composite pressure vessel with separated dome was conducted using Cohesive Zone Model(CZM) provided by ABAQUS. In order to consider storage and operating environment, interlaminar fracture toughness test and double-lap joint test were conducted under -30℃ and 60℃. The verification of failure analysis using CZM was done in comparison with double-lap joint test before applying CZM to the adhesive joint of composite pressure vessel. The results showed a good agreement with a small error of 2.22%(-30℃) and 6.73%(60℃).
Finally, failure analysis of composite pressure vessel with separated dome was conducted under an operating load of 17.24MPa. As a result, progressive failure occurred 6mm in the front area and 5.5mm in the back area at low temperature, and 16.5mm in the front area and 19mm in the back area at high temperature. This amounted to approximately 10% of the total length of the adhesive joint(200mm), and it was found that structural integrity of the adhesive joint of composite pressure vessel with separated dome was verified.
본 연구의 목적은 돔 분리형 복합재 압력용기의 보관 및 운용 환경을 고려하여 접착 체결부의 파손 거동을 예측하는데 있다. 돔 분리형 복합재 압력용기는 돔과 실린더가 접착 체결을 통해 제작되는데 이때 접착 체결부는 구조물의 취약부로 파손 거동 예측 연구를 통해 구조안전성 평가가 수행되어야 한다.
본 연구에서는 접착 체결부의 파손 거동을 예측하기 위해 ABAQUS에서 제공하는 CZM(Cohesive Zone Model)을 이용하여 파손해석을 수행하였다. 돔 분리형 복합재 압력용기의 보관 및 운용 환경인 -30℃에서 60℃ 환경을 고려하기 위해 -30℃와 60℃ 환경에서의 층간파괴인성과 접착강도를 시험을 통해 도출하였다. 돔 분리형 복합재 압력용기 접착 체결부의 파손 평가를 수행하기 전, CZM에 적용된 물성과 모델링의 검증을 위해 저온과 고온 환경의 이중 겹치기 이음 시험 결과와 비교하였으며 하중에서 각각 2.22%, 6.73%의 오차가 발생하여 비교적 잘 일치함을 확인하였다.
온도 환경을 고려한 돔 분리형 복합재 압력용기의 파손 해석을 압력용기의 운용하중인 17.24MPa를 적용해 점진적 파손 해석을 수행하였다. 해석결과, 저온의 경우는 전방부 6mm, 후방부 5.5mm의 파손이 발생하였고 고온의 경우는 전방부 16.5mm, 후방부 19mm의 파손이 발생하여 접착 체결부 길이(200mm)의 약 10%로 돔 분리형 복합재 압력용기 접착 체결부는 구조적으로 안전함을 확인하였다.
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