다구찌법을 이용한 복합소재 수소연료탱크의 최적설계에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 70MPa의 충전압력을 갖는 130L 수소연료 저장탱크에 대한 최적설계를 유한요소법과 다구찌 설계법으로 고찰하였다. 6061-T6의 알루미늄 라이너의 외벽면에 T800-24K의 탄소섬유로 감아서 제조한 복합소재 연료탱크의 강도안전성을 미국 DOT-CFFC와 KS의 설계안전 규격을 기준으로 해석하였다. 70MPa용 수소가스탱크의 응력강도에 대한 FEM 해석결과에 의하면, US DOT-CFFC와 KS 규격에서 제시한 응력비 2.4의 기준값과 비교할 때 안전한 것으로 나타났다. 따라서, 다구찌 설계법에 기반한 최적설계 데이터는 설계모델 5번으로 선정할 수 있고, 여기서 제시할 수 있는 알루미늄 라이너의 두께는 6.4mm, 탄소섬유 적층에서 후프방향의 두께는 31mm, 헤리컬방향의 두께는 10.2mm이다. In this study, the optimized design for 130 liter storage fuel tank with 70MPa filling pressure has been investigated using a FEM technique and Taguchi design method. The strength safety of a composite fuel tank in which is fabricated by an aluminum liner of 6061-T6 material and carbon fiber wound composite layers of T800-24K has been analyzed based on the criterion of design safety of US DOT-CFFC and Korean Standard. The FEM computed results on the stress safety of 70MPa hydrogen gas tank were compared with a criterion of a stress ratio, 2.4 of US DOT-CFFC and Korean Standard, and indicated the safety. Thus, the optimized design elements based on the Taguchi's method were recommended as an aluminum liner thickness of 6.4mm, a carbon fiber laminate thickness in hoop direction of 31mm and a carbon fiber laminate thickness in helical direction of 10.2mm, which is represented by a design model of No. 5.