LPG용기의 강도 안전성에 관한 유한요소해석

FEM Analysis on the Strength Safety of a LPG Cylinder

본 논문은 평판강재를 소성적으로 가공하고, 이것을 용접으로 연결하여 제작한 LPG 용기에 대한 강도 안전성을 고찰하고자 한다. 용기의 강도 안전성은 유한요소해석법을 사용하여 LPG 용기 구조물에서 발생되는 응력분포를 해석함으로써 안전성에 대한 결과를 얻을 수 있다. FEM 해석결과에 의하면, 내압시험을 위한 가스압력 $31kg/cm^2$은 LPG 용기의 상부경판의 프레스 가공 부근에서 국부적인 집중응력이 발생하고, 여기서 발생된 최대응력은 용기 소재의 항복강도를 넘어서는 것으로 나타났다. 따라서 현재의 내압시험 검사방법은 압력용기의 피로손상을 증가시키고 수명을 단축하는 원인으로 작용할 수 있다는 결과를 보여주기 때문에 재검토되어야 하고, 빠른 시일에 개정되어야 할 것이다. 반면에 충전압력 $9kg/cm^2$와 기밀시험 압력 $18.6kg/cm^2$에 의한 용기의 충전과 검사기준에 대한 해석은 LPG 강재용기의 안전성이 비교적 높다는 결과를 제시하고 있다.

This paper presents the strength safety of a LPG cylinder, which is fabricated by a steel sheet forming and a welding technology. The strength safety of a cylinder is guaranteed by analyzing a stress distribution of a LPG cylinder structure using a finite element method. The FEM computed results indicate that the hydraulic test gas pressure of $31kg/cm^2$ generates a concentrated local stress near the upper round end plate, which exceeds the yield strength of a LPG cylinder. Thus, the current hydraulic test pressure may be rechecked and revised because this pressure increases the fatigue failure and decreases the lift of the pressure vessel. The normal operation and sealing gas pressures such as $9kg/cm^2\;and\;18.6kg/cm^2$ are relatively safe for a steel LPG cylinder.