굽힘 모멘트가 증기발생기 마모 전열관 파열 압력에 미치는 영향

이국희(Kuk-Hee Lee),강용석(Yong-Seok Kang) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集A Vol.45 No.4

본 연구에서 3차원 유한요소해석을 이용하여 증기발생기 전열관에 가해지는 굽힘 모멘트가 마모전열관의 파열 압력에 미치는 영향을 정량화하였다. 다양한 길이와 깊이의 마모 형상이 고려되었다. 굽힘 모멘트를 전열관에 가한 다음에 내압을 가하여 마모 전열관의 파열 압력이 계산되었다. 전열관은 관지지판으로 지지되어 있으므로 압력을 가하는 동안 전열관의 회전 변위는 일정하도록 설정되었다. 마모형상이 길거나 얕은 경우에는 굽힘 모멘트가 파열 압력에 영향이 미미하다. 내압이 가해지는 동안 마모부위와 전열관의 소성 변형에 의해 응력이 재분배되어 굽힘 모멘트가 증가함에 따라 파열 압력이 감소하지 않는다. 마모 길이가 매우 짧고 깊은 경우에는 구조적 불연속에 의한 국부적 응력 증가가 발생하고 응력 재분배가 어려우므로, 굽힘 모멘트가 파열 압력에 미미하게 영향을 미쳐 감소한다. EPRI에서 제시하는 마모 전열관의 파열 압력식은 유한요소해석에서 계산된 파열 압력보다 대체적으로 낮은(보수적인) 값을 예측한다. In this study, the effect of bending moment on the burst pressures of steam generator tubes with wear degradation was quantified using three-dimensional finite element analysis. Various length and depth wear shapes were considered. The bending moment was applied to the tubes, and then, internal pressure was applied to the tubes to determine the burst pressures of worn tubes. Because steam generator tubes were supported by tube support plates, the rotational displacement of tubes under bending moment was set to be constant while applying pressure. When the wear shape was long or thin, the bending moment did not affect the burst pressure. As internal pressure increased, the stress at the wear site was redistributed by plastic deformation. Hence, the burst pressure of worn tubes did not decrease as the bending moment increased. When the wear length was very short and deep, the stress redistribution was difficult owing to structural discontinuity. Hence, the bending moment had a small influence on the burst pressure. The burst pressure equation proposed by the Electric Power Research Institute (EPRI) predicts a value that is generally lower (conservative) than the burst pressures calculated by the finite element analyses.

돔 형상 변화에 따른 복합재 압력용기의 구조 거동 예측

황태경(Taekyung Hwang),박재범(Jaebyum Park),김형근(HyungKun Kim),도영대(Youngdae Doh) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

동일 보스 오프닝에 대해 여러 형상의 돔을 설계할 수 있는 복합재 압력용기용 형상 식이 제시되었고, 이러한 돔 형상 변화에 따른 복합재 압력용기의 성능(파열압력*내부용적/복합재무게) 변화를 유한요소 응력해석과 시험을 통해 규명하였다. 해석을 통해 예측한 돔 형상 변화에 따른 압력용기의 파열압력이 시험 결과와 좋은 일치를 나타내었다. 전반적으로 돔 형상이 낮아짐에 따라 압력용기 내부 용적이 증가하였으나, 파열 압력은 저하되는 현상을 나타내었다. 보스 오프닝 비(ρo)가 0.54 이상인 경우, 돔 형상이 낮아짐에 따라 파열 압력이 저하되어 성능 저하가 나타났다. 그러나 보스 오프닝 비(ρo)가 0.34이하 경우 돔 형상 변화에 따른 파열 압력 저하가 크지 않음으로 성능의 큰 변화가 없었다. Dome shape design method of filament wound (FW) composite pressure vessel, which can create various dome shape with fixed boss opening, was suggested. And, the performance indices (PV/W) for composite pressure vessel with same boss opening but different dome shape were investigated by finite element analysis (FEA) and hydro-test. The FEA showed good agreement with test results for burst pressure. Generally, as the dome shape of pressure vessel was changed to flat dome, the inner volume is increased and the burst pressure is decreased. In the case of above ρo=0.54, the performance index showed decreased value due to the low burst pressure. However, at ρo=0.35, the dome shape change brings not significant reduction of burst pressure and performance index.

이중펄스 추진기관의 펄스분리장치 파열압력 분석기법 연구

김세일 한국추진공학회 2022 한국추진공학회지 Vol.26 No.1

To develop reliable dual pulse rocket motor, vacuum ignition performance at high altitude and design stability for rupture pressure of the Pulse Separation Device(PSD) are required. In this study, rupture pressure analysis method for the membrane type PSD of the dual pulse rocket motor was developed. The PSD rupture pressure formulation was derived from strain-pressure relationships. The PSD vacuum rupture test apparatus and the PSD 1 second vacuum ignition test apparatus were developed, which can simulate the high altitude vacuum environment. Rupture pressure of PSD was analyzed by conducting the PSD vacuum rupture test, and design values of PSD were derived. Finally, vacuum ignition performance and rupture pressure of the designed PSD were validated with PSD 1 second vacuum ignition test. 고고도에서 작동하는 신뢰성 있는 이중펄스 추진기관을 개발하기 위해서는 안정적인 진공 점화 기술과 펄스분리장치(PSD, Pulse Separation Device) 설계기술이 요구된다. 본 연구에서는 이중펄스 추진기관 격막형 펄스분리장치(Membrane Type Pulse Separation Device)의 파열압력 분석기법을 개발하였다. 변형률-압력 관계를 이용하여 PSD 파열압력에 대한 관계식을 도출하였다. 고고도 진공환경을 모사할 수 있는 PSD 진공파열 시험장치와 PSD 1초급 진공점화 시험장치를 개발하였다. PSD 진공파열시험을 수행하여 파열압력을 분석하고 PSD 설계 값을 도출하였다. 최종적으로 PSD 1초급 진공점화 시험을 통해 이중펄스 추진기관의 PSD 설계 파열압력과 추진제 진공점화 성능을 확인하였다.

증기발생기 마모 전열관 파열압력 평가법

이국희,강용석,김홍덕 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集A Vol.43 No.1

The burst pressure for steam generator tubes with wear degradation is the most important information used to assess the structural integrity of the tubes. This paper provides two methods for determining the burst pressure for wear degraded tubes. First, a method is given to determine the burst pressure using a finite element analysis based on the idealized stress-strain model and a geometrically non-linear analysis. Second, based on the provided finite element analysis, this paper provides a closed-form burst-pressure solution for tubes with wear degradation. Wide ranges of wear degradation geometries (the depth, length, and shape) are considered. For validation, the proposed methods are compared with existing burst test data, and the results show good agreements overall. 마모 열화가 발생된 증기발생기 전열관의 파열 압력은 전열관 구조건전성 평가를 위한 가장 기초적인 자료이다. 본 논문은 마모 전열관의 파열 압력을 계산하기 위한 2가지 기법을 제시한다. 먼저, 이상화된 응력-변형률 모델과 기하학적 비선형 해석에 기반한 유한요소해석 기법이 제시된다. 두 번째로, 유한요소해석 결과를 이용하여 도출된 마모 전열관의 파열 압력식이 제시된다. 이 파열압력식에는 다양한 마모 형상(깊이, 길이, 모양)이 고려되었다. 검증을 위하여 제시된 방법들은 기존에 수행된 파열 시험 결과와 비교되었고, 제시된 방법으로 계산된 파열 압력은 적절성을 보였다.

금속 보스 압력분포비 설계 변경에 따른 복합재 연소관 파열압력에 관한 연구

김남조(Namjo Kim),정승민(Seungmin Jeong),윤경수(Kyeongsoo Yun),정상기(Sangki Chung),황태경(Taekyung Hwang) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

연소가스에 의한 내압 조건에서 필라멘트 와인딩 공법으로 제작되는 복합재 연소관은 돔에서 구조적으로 취약해진다. 본 논문에서는 압력분포비(PDR) 변화에 따른 복합재 돔의 파열압력을 비교하기 위해 유한요소 해석을 수행하였다. 돔 내/외면 및 원통부 응력, 금속 보스 체적을 산출함으로써, 정량적으로 복합재 연소관의 성능을 비교하였다. 그 결과, 보스 압력분포비가 1.0부터 4.0으로 증가함에 따라 연소관의 파손 모드는 변하며, 2.5-3.0에서 파손 모드의 임계점이 존재함을 확인하였다. 보스 압력분포비 2.5-3.5 수준 설계는 연소관 파열압력의 변동 없이 금속 보스 무게 감량이 가능하며, 돔 형상 및 오프닝 크기에 대해 설계 기준값이 변경되므로 해석 및 시험을 통한 규명이 필요하다. From the structure point of view, the dome of composite motor case fabricated by the filament winding method become more vulnerable under internal pressure by combustion gas. In this paper, finite element analysis is performed to compare the burst pressure of a composite dome according to the variation of pressure distribution ratio(PDR). The performance of the composite motor case was compared quantitatively by calculating the dome inner and/or outer surface, cylinder stress, and metal boss volume. As a result, the failure mode of the motor case changed as the pressure distribution ratio, which increases from 1.0 to 4.0. Then, the critical point of the failure mode was observed from 2.5 to 3.0. Therefore, the results show that the design approach in terms of pressure distribution ratio from 2.5 to 3.5 at stage of design can be reduced by the weight of metal boss without fluctuation of burst pressure for combustion motor case. Moreover, design criterion to properly take into account the shape of dome and opening size should be confirmed using an numerical and experimental approach.

Type4 공기호흡기 용기의 돔형상에 따른 파열부위 연구

조성민,이선규,이승국,문종삼 한국화재조사학회 2017 한국화재조사학회 학술대회 Vol.2017 No.04

등장력 돔이론에 따른 Type4 공기호흡기 용기의 돔형상 구조해석과 그에 따른 용기 파열 부위를 연구하였다. 이를 위해 등장력 돔형상 용기, 등장력 돔형상보다 길게 제 작된 용기, 그리고 등장력 돔형상보다 작게 제작된 용기 3개를 제작하여 수압파열시험 을 실시하였다. 구조해석을 수행한 결과로 최고 응력이 모두 용기 몸통부위에 발생하 는 것을 확인하였다 하지만 최외각 복합재층을 제거한 구조해석에서 비등장력돔 2개 는 돔너클(몸통부위와 돔이 만나는 지점)에서 파열이 시작하였다. 실제 파열시험에서 도 등장력돔 용기는 몸통에서 파열이 되었으나 비등장력돔 용기 2개는 돔너클에서 파 열되였다. 미국 DOT-CFFC 규정에서는 몸통에서 파열을 규정하고 있으므로 등장력돔 형상 용기 제작을 권장한다. In this work the augmented safety of Type 4 composite vessel has been demonstrated through a series of burst tests and structural analyses. For this end, three sample vessels were used: (1) designed as guided by the isotensoid dome theory (called iso-dome cylinder); (2) with dome longer compared to uniform-stress design (called prolate cylinder); and (3) with dome wider than uniform-stress design (called oblate cylinder). the maximum stresses of structural analyses are induced around the bodies of all three cylinders. However, the analyses, with the assumption of possible defect demonstrate that the maximum stresses are induced around the dome knuckles for the prolate and the oblate cylinders. The results of the ambient hydraulic burst tests show that the burst initiates from the cylinder body of the iso-dome cylinder and from the dome knuckles of the prolate and the oblate cylinders.

저감속회수장치의 일차원 해석

이효진(Hyojin Lee),송민섭(Minsup Song),이지형(Ji Hyung Lee),박재현(Jae Hyun Park) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

본 연구에서는 지능형 포탄을 안전하게 회수하기 위하여 사용되는 저감속회수장치의 성능을 해석할 수 있는 일차원 코드를 개발하였다. 개발된 코드는 일차원 오일러 방정식을 기반으로 변화되는 계산영역을 고려할 수 있도록 하였으며, 저감속회수장치에 장치된 파열판의 파열압력, 파열지연시간 등을 고려할 수 있도록 하였다. 개발된 코드는 Sod’ shocktube problem에 적용하여 검증하였으며, 단순한 저감속회수장치 모델에 적용하여 충격파의 형성과 반사, 충격파에 의해 야기된 압력상승에 의한 탄자의 감속, 탄자 감속에 대한 고압관의 영향, 탄자거동에 대한 파열판의 파열압력, 파열지연시간의 영향 등을 관찰하였다. We analyze the performance of soft recovery system (SRS) by using an in-house code based on one-dimensional Euler equation with HLL Riemann solver and variable computational domain. The effects of the yield strength of diaphragm and burst delay are also included. The results successfully show the interesting features of SRS such as formation/reflection of shockwave, deceleration of projectile due to elevated pressure, effect of air pressurized tube (APT), effect of burst pressure and burst delay, etc.

원형튜브의 파열압력에 관한 연구

이영신,강문중,조원만 대한기계학회 1992 대한기계학회논문집 Vol.16 No.6

본 연구에서는 평면변형이론을 적용하여, 진원형 튜브의 경우 주로 Durban의 과정에 따르고, 몇 가지의 타원형 모델들에 대하여 상용 유한 요소프로그램인 Solvia 를 이용하여 각기 해석하고, 파열압력에 대한 예측값을 구하였으며 각기 해석하고, 파열압력에 대한 예측값을 구하였으며 결함의 영향을 파악하였다.또 반경 대 두께 비가 다른 2가지 시편에 대한 파열시험을 수행하여 해석결과와 비교하였다. Burst pressure of right circular tube is predicted using analytic method, and asymptotic instability pressure of circular tube with roundness defect is found using FEM. Burst tests of nearly right circular tube specimens are carried out and predictions are compared with burst pressures and their accuracy is discussed. It is confirmed that FEM is useful for prediction of burst pressure.

증기발생기 전열관 T-형 복합 균열의 파열압력

신규인(Kyu In Shin),박재학(Jai Hak Park),김홍덕(Hong Deok Kim),정한섭(Han Sub Chung),정명조(Myung Jo Jhung),최영환(Young Hwan Choi) 대한기계학회 2003 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2003 No.8

Steam generator tubes experience widespread degradation such as stress corrosion cracking, wear, tube rupture, denting, fatigue and so on. The resulting damages can cause tube bursting or leak of the primary water which contains radioactivity. Therefore the allowable size of the damage is required to be determined on the maintenance purpose. The burst pressure of a tube with a T-type combination crack consisting of longitudinal and circumferential cracks is obtained experimentally and analytically. Fracture parameters such as stress intensity factor and crack opening angle are investigated. And tubesheet effect with a T-type combination crack is considered by using the crack opening angle. Also, the burst pressure for a T-type combination crack is compared with that of a single longitudinal crack to develop a length-based criteria.

에어백 인플레이터용 파열판의 파열해석에 관한 연구

최성규(Seong-Kyu Choi),박정수(Jung-Su Park),이응소(Eung-So Lee) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11

Rupture Disc is a typical safety device for industrial pressure vessels under high pressure and its size varies by each purpose. The rupture disc which is used for the airbag inflator has very small diameter such as 10mm. Therefore, it is very difficult to predict the burst pressure of rupture disc by structural analysis. It is necessary to do the dynamic analysis rather than static analysis because the time from impact of the automobile to full airbag deployment is approximately 30msec. But, the dynamic explicit analysis has disadvantage such as timestep limit caused by the small element size. Therefore, the dynamic implicit analyses were performed to predict the burst pressure of rupture disc more efficiently. In this research, the burst pressure was predicted not only by dynamic explicit analysis but also by dynamic implicit analysis on the rupture disc using LS-DYNA. Consequently, dynamic implicit analysis is more efficient and faster than explicit in case of relatively small-sized objects such as rupture disc used in the airbag inflator. Also, we have compared the experimental results with the numerical to identify their accuracy and correlation.