In this paper, the low velocity impact characteristics of filament winding CFRP pressure vessel was investigated using numerical and experimental methods. The cylinder part of CFRP vessel was impacted using triangular shape impactor which simulated the sharp edge of dropping tools and impact response behavior of CFRP was reviewed. The mechanical behavior, such as deformation and stress distribution, were also predicted by explicit finite element method and the validity of the model was investigated. For the quantitative evaluation of the residual strength of the pressure vessel after impact, a series of the ring specimens was cut from the impacted vessel and its burst pressure was measured by hydraulic pressure hoop tension test. As the results, the relationship between the residual strength degradation and the impact energy was successively obtained and a useful methodology to evaluate quantitatively the impact damage tolerance of CFRP pressure vessel was established.

본 논문에서는 저속충격하중을 받은 필라멘트 와인딩 탄소섬유강화 복합재 압력용기의 잔류강도 저하특성에 대한 수치해석 및 실험결과에 대해서 논한다. 복합재 압력용기의 원통부의 여러 곳에 대해 낙하 공구의 끝단을 모사한 삼각형 충격자를 사용한 저속 충격시험이 실시되었고, 유한요소해석을 수행하여 충격시의 기계적 변형 및 응력분포 거동에 대한 예측을 실시하였다. 충격하중을 받은 복합재 압력용기의 잔류강도 저하 특성을 정량적으로 평가하기 위해, 충격부위를 포함하는 원환시편을 압력용기의 실린더부로부터 채취하여, 원주방향 내압인장강도 측정 수압시험법으로부터, 원환시편의 수압파열 압력을 측정하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 충격 에너지의 수준에 따른 잔류강도 변화가 성공적으로 계측되었으며, 복합재 압력용기의 충격손상허용을 정량적으로 평가하기위한 유용한 방법론이 정립되었다.

Keywords: CFRP, Filament Winding Pressure Vessel, Low Velocity Impact, Residual Strength, Finite Element Analysis

Keywords: 탄소섬유강화 복합재, 필라멘트 와인딩 압력용기, 저속 충격, 잔류강도, 유한요소 해석