내압용기 모형의 설계, 제작 및 압력시험에 관한 연구

Abstract

In this paper, the authors demonstrate a new idea to take the place of the real pressure vessel test,which should be carried out in a high pressure experiment unit before the real sea trial test. The idea is to make a pressure vessel model as a replica of the real pressure vessel test, which can reduce the cost of making a pressure vessel and large pressure experiment unit. The pressure vessel model was designedbased on linear-elastic, buckling equations and Finite Element Analysis. The manufactured pressure vessel model was investigated and monitored while the pressure test was being conducted. After the test, the result and the validity of the pressure vessel model as a replica of the real pressure vessel test was studied.1. 서 론 전원공급장치, 통신 및 제어장비 등과 같은 고가의 장비를 탑재하고, 심해의 높은 외압을 견디기 위한 목적으로 사용되는 내압용기는 기본형상이 유지되지 않으면, 사용되는 장비 전체의 기능에 영향을 미칠 수 있으므로 충분한 안전강도를 가지도록 세심하게 설계 및 제작되어져야만 한다(신장용과 우종식, 1999). 현재까지 내압용기의 설계는 과거에 사용하였던 복잡한 경험식이나 유한요소해석에 의해 행하여져왔다. 그러나 경험식이나 유한요소해석에 의한 설계는 초기설계단계에서는 효과적이나 최종설계 및 제작 후 사용되는 단계에서는 기하학적 치수나 재료 물성치, 작용되는 하중 등 필수불가결한 여러 불확실한 사항들을 고려하여야 하므로 좀 더 세밀한 설계의 과정을 거쳐야 한다. 따라서 일반적으로 설계된 내압용기는 탄성좌굴해석, 초기변형을 고려한 소성좌굴해석, 신뢰성 해석 등의 상세설계를 요이러한 상세설계 후 제작된 내압용기는 또 다시 실제 실험에 앞서 반드시 사용될 심해의 수심에 상응하는 압력이 가동되는 교신저자 노인식 : 대전광역시 유성구 궁동 220 충남대학교 042-821-6622 isnho@cnu.ac.kr하게 된다. 고압 시험탱크에서 시험을 수행하게 된다. 내압용기의 압력성능평가를 위한 내압시험은 사용되는 실제 제작될 내압용기 자체의 비용도 고가일 뿐만 아니라 고압용기의 시험탱크의 크기가 크면, 시험탱크의 건설비용과 사용비도 고가일 수 있다. 따라서 이러한 부대비용의 절감과 정확한 내압용기의 압력성능평가 예측을 위해, 사용되는 내압용기의 모형을 제작하여 실제 내압용기의 모사를 위한 새로운 착상이 요구된다. 본 연구에서는 초기설계단계에 있어서 간단한 선형탄성해석식과 좌굴붕괴식 및 유한요소해석(FEA; Finite Element Analysis)을 이용하여 설계하고, 이를 바탕으로 내압용기의 모형을 설계하는 과정을 도출하여보고, 수행된 압력시험과정과 결과를 살펴보았으며, 이를 바탕으로 내압용기모형의 사용 효율성에 대해 검토하여 보았다.