Original Article
  • Stress Analysis of Filament Wound Pressure Vessels with Holes
  • J.H. Kweon, S.G. Joo, C.S. Hong, S.H. Yoon, W.M. Cho
  • 원공이 존재하는 필라멘트 와인딩 압력용기의 응력해석
  • 권진회(한국과학기술원 항공우주공학과), 주상건(한국과학기술원 항공우주공학과), 홍창선(한국과학기술원 항공우주공학과), 윤성호(국방과학연구소), 조원만(국방과학연구소)
Abstract
복합적층 쉘 구조물의 해석을 위한 비선형 유한요소 프로그램을 개발하여, 원공이 존재하는 그라파이트/에폭시 필라멘트 와인딩 압력용기에 대한 응력해석 및 파손 해석을 수행하였다. 비선형 수식화를 위하여 업데이티드 라그랑지안 기법을 사용하였고, 응력 및 변형률텐서는 강체운동의 영향을 받지않는 제2피올라-키르호프 응력텐서와 그리인 변형률텐서를 채택하였다. 원공이 존재하는 비축대칭 압력용기의 유한요소 모델링을 위해서는 8절점 응축 쉘요소를 사용하였다. 각 요소마다 요소 중심에서의 섬유각도를 정의함으로써 돔부위에서의 섬유방향의 변화를 고려하였고, 각 절점단위로 두께를 정의하여 압력용기의 두께변화를 반영하였다. 압력용기의 해석으로서는 먼저 원공이 없는 축대칭 압력용기에 대한 해석을 수행하여 원공이 있는 경우와 비교함으로써, 원공이 압력용기의 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 원공의 크기와 개폐여부에 따른 압력용기의 응력 및 파손상태를 연구하였다. 원공이 없는 압력용기에서는 접속부위에서, 원공이 있는 경우에는 원공주위에서 최대응력이 나타났다. 원공이 존재하는 압력용기의 거동은 원공의 크기와 원공의 개폐여부에 따라 매우 다르게 나타났고, 전체적으로 최외층에 비하여 최내층에서의 응력이 높고 초기파손 및 파손의 진전도 빠르게 나타났다.

복합적층 쉘 구조물의 해석을 위한 비선형 유한요소 프로그램을 개발하여, 원공이 존재하는 그라파이트/에폭시 필라멘트 와인딩 압력용기에 대한 응력해석 및 파손 해석을 수행하였다. 비선형 수식화를 위하여 업데이티드 라그랑지안 기법을 사용하였고, 응력 및 변형률텐서는 강체운동의 영향을 받지않는 제2피올라-키르호프 응력텐서와 그리인 변형률텐서를 채택하였다. 원공이 존재하는 비축대칭 압력용기의 유한요소 모델링을 위해서는 8절점 응축 쉘요소를 사용하였다. 각 요소마다 요소 중심에서의 섬유각도를 정의함으로써 돔부위에서의 섬유방향의 변화를 고려하였고, 각 절점단위로 두께를 정의하여 압력용기의 두께변화를 반영하였다. 압력용기의 해석으로서는 먼저 원공이 없는 축대칭 압력용기에 대한 해석을 수행하여 원공이 있는 경우와 비교함으로써, 원공이 압력용기의 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 원공의 크기와 개폐여부에 따른 압력용기의 응력 및 파손상태를 연구하였다. 원공이 없는 압력용기에서는 접속부위에서, 원공이 있는 경우에는 원공주위에서 최대응력이 나타났다. 원공이 존재하는 압력용기의 거동은 원공의 크기와 원공의 개폐여부에 따라 매우 다르게 나타났고, 전체적으로 최외층에 비하여 최내층에서의 응력이 높고 초기파손 및 파손의 진전도 빠르게 나타났다.

Keywords:

This Article

  • 1992; 5(2): 53-65

    Published on Apr 30, 1992

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