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열간 스피닝 공정을 통한 CNG 고압용기의 돔 및 입구 부 성형
이광오(Kwang O Lee),박건영(Gun Young Park),곽효서(Hyo Seo Kwak),김철(Chul Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.10
압축천연가스(CNG) 압력용기는 D.D.I공정을 통해 실린더부를 제작한 후, 스피닝 공정을 통해 돔부 성형이 이루어진다. 그러나 스피닝 공정의 입구 부 성형에 관한 연구는 미미하며, 현장 작업자들의 경험이나 시행착오에 의해 제작되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 이론 임계좌굴하중 및 유한요소해석에서 축 방향 하중의 비교를 통하여 좌굴발생을 예측하였고, 상용 소프트웨어를 이용하여 돔부의 좌굴 방지를 위한 방법을 제안하였다. 또한, 입구 부 성형을 위하여 돔 부와 롤러가 맞닿는 점에서의 돔부의 반경에 따른 롤러 하중을 분석하고, 이를 토대로 입구 부 성형을 수행하였다. The CNG pressure vessel is manufactured by a deep drawing and ironing (D.D.I) process for forming cylinder parts, followed by a spinning process for formation of the dome part. However, studies on the buckling phenomenon of the dome part and formation of the inlet part have not been performed yet, and the CNG pressure vessel is produced by the experience of the field engineers and the trial and error method. In this study, buckling phenomenon during the spinning process was predicted by comparing critical buckling loads obtained through theoretical analysis with axial loads from the FEA, and a method for preventing buckling of the dome part was proposed by employing commercial software (Forge NxT 1.0.2). Also, to form the inlet part, forming loads of the roller at contact point between the roller and the dome part were analyzed according to radii of the dome part, and the inlet part was formed by controlling the radius of the dome part.
CNG 압력용기 제작을 위한 D.D.I. 공정의 Tractrix 다이 최적설계
이광오(Kwang O Lee),심현대(Hyeon Dae Sim),곽효서(Hyo seo Kwak),김철(Chul Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.10
CNG 압력용기 제조를 위한 딥드로잉 공정에 사용되는 트랙트릭스 다이는 블랭크 홀더 없이 성형을 가능하게 한다. 기존의 연구에서는 D.D.I. 공정의 1차 딥드로잉 공정에 트랙트릭스 곡선을 다이에 적용하였을 뿐, 다이의 수명향상 및 제조원가 절감을 위한 형상 최적화에 관한 연구는 전무한 실정이다. 이에 본 논문에서는 트랙트릭스 곡선의 점근선 이동을 통하여 다이의 높이에 따른 딥드로잉 공정의 유한요소해석을 수행하였다. 또한 펀치의 성형하중에 따른 다이 응력집중부의 Von-Mises 응력을 분석하여 최적의 트랙트릭스 다이 형상을 제시하였다. Tractrix dies, used in the deep drawing process, can be used to form CNG pressure vessels without a blank holder. Previous studies had only applied tractrix profiles to perform the first deep drawing process of DDI; but an optimal design of the tractrix die that focuses on improving die life and reducing production cost has not been performed yet. In this study, finite element analyses of deep drawing processes were conducted according to heights of the tractrix die by using translating asymptotes. In addition, researchers analyzed von-Mises stresses at the part of stress concentration of the die according to the forming punch loads in order to propose an optimal tractrix die design.
자동차용 횔베어링의 기동토크와 밀봉성을 고려한 립 씰의 형상 설계에 관한 연구
허영민,이광오,심태양,강성수,Huh, Young-Min,Lee, Kwang-O,Sim, Tae-Yang,Kang, Sung-Soo 한국자동차공학회 2007 한국 자동차공학회논문집 Vol.15 No.4
A rubber seal for wheel bearing which has been mainly applied to car wheel supporting device is required to have both high sealing performance and drag torque. Because of severe operational conditions like infiltration of mud or splashed water, the importance of rubber seal which is aimed for leakage prevention of grease and effective blocking of foreign substances has been increasing continuously. The sealing performance of this seal depends on several factors such as materials of seal, friction conditions of contact regions and geometry of seals and so on. We have focused on the effects of geometric characteristics such as the angle of main lip, interference between lip edge and inner metallic ring. In this study, the optimization of geometric variables was performed using the finite element analysis. For the sake of finite element analysis, uniaxial tensile tests were conducted and several constants for Mooney-Rivlin's equation were obtained. According to the results of this study, mock-up bearing was made. To verify this study, drag torque and mud spray test were preformed.
최대 내용적을 갖는 수소압력용기의 형상설계 및 성형해석
박건영(Gun Young Park),곽효서(Hyo Seo Kwak),이광오(Kwang O Lee),김철(Chul Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.10
최근 화석연료 고갈 및 환경오염 문제를 해결할 수 있는 대안으로 수소에너지가 주목받고 있으며, 고효율 및 주행거리 향상을 위한 수소 자동차 개발에 따라 수소 저장 압력용기의 내용적 증가 및 구조안전성이 요구되고 있다. 그러나, 반구형의 바닥부보다 내용적이 큰 타원형 바닥부의 형상설계가 이루어지지 않았으며, 타원형 바닥부의 성형공정에 관한 연구 또한 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 수소압력용기 라이너의 타원형 바닥부 장단축비에 따른 최대 내용적을 계산하고 유한요소해석을 통한 구조안전성 검증 및 이에 대한 이론적 고찰을 검토하였다. 또한, 바닥부 성형 공정해석을 통하여 제안된 최대 내용적을 갖는 타원형상의 성형 가능성을 확보하였다. Recently, hydrogen energy has been in the spotlight as an alternative to diminishing fossil fuels and as a potential solution to environmental pollution. The development of hydrogen-fueled vehicles and the demands for improved fuel efficiencies have resulted in the need to increase the volume of the hydrogen pressure vessels. Pressure vessels having an elliptical bottom, as opposed to one that is hemispherical, allow for a greater capacity. However, there are insufficient studies on the feasibility of the forming process required for an elliptical bottom. In this study, the liner capacity is calculated according to the ratios of the major to the minor axes of the elliptical bottom part in a hydrogen pressure vessel. Structural safety is verified through finite element analyses, and the results are compared to the theoretical results. The feasibility of the proposed elliptical shape of the pressure vessel bottom, while filled to maximum capacity, is validated through forming analysis.
선박용 휴대형 질소용기(11 kg, 10 L 및 50 bar)의 두께 및 외형 설계
성한샘(Hansaem Seong),김재열(Jaeyeol Kim),엄태진(Taejin Eom),곽효서(Hyo Seo Kawk),이광오(Kwang O Lee),김철(Chul Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集A Vol.41 No.4
조선소에서 사용되는 대형 셧오프 밸브의 개폐를 위한 용기의 경우, 저압의 고정식 대형 공기탱크가 사용되고 있는데, 이는 먼 거리에 있는 밸브에 공압을 공급해야 할 경우, 추가 배관이 필요하며 수송도중 압력 강하가 발생하는 문제점이 있다. 이에 본 논문에서는 작업자들의 편의성을 증대시키고, 공기누설로 인한 폭발 방지를 위하여 고압의 휴대형 용접식 질소용기(11 kg, 10 L 및 50 bar)의 설계를 수행하였다. 구조적으로 취약한 용접부를 최소화하기 위하여 용기의 외형을 타원형으로 설계하였으며, 기준 무게 및 용적 충족과 사용압력에 대한 구조안전성을 확립하기 위하여 용기의 두께와 장단축 비를 설계하였다. 또한 용접 잔류응력 예측을 위해 APDL(ANSYS Parametric Design Language)을 이용하여 과도 열-구조 연성해석을 수행하였으며, 내압에 의한 구조안전 및 피로수명을 검증하였다. The shipbuilding industry uses large stationary tanks to store low-pressure air, which is used to open and close large shut-off valves. However, when supplying air from the tank to a distant valve, there are problems related to the need for supplementary pipes and the pressure drop during transportation. In this study, a portable welded vessel for storing high-pressure nitrogen (11 kg, 10 L, and 50 bar) was designed to prevent air leakage and improve the convenience of workers. This pressure vessel was elliptical to reduce the number of welded parts, which are structurally weak. The thickness and ratio of the major and minor axes of the pressure vessel were calculated to verify its structure stability at the working pressure (50 bar), and that the proposed weight and capacity were satisfactory. The residual stress caused by the welding process was calculated by performing a transient thermal-structural coupled field analysis using the ANSYS parametric design language (APDL), and the fatigue life of the vessel was verified based on the Goodman criterion.