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애로기술해결다이어프램 내구성 향상을 위한 구조 해석

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레귤레이터 메인 밸브 하부에 장착되는 다이어프램 제품의 내구 수명이 요구치에 미치지 못함. 이에 내구성을 향상시키기 위한 구조 해석 모델을 만들고자 함.


기업과의 회의 결과, 그림 18와 이 메인 밸브 하부에 1 MPa의 압력이 가해지고, 다이어프램과 연결된 부품에서 7 kgf의 스프링 하중이 발생하는 것을 파악함. 적절한 변위·하중 경계조건을 부여하여 주어진 geometry에 대한 다이어프램의 응력을 해석할 수 있는 모델을 개발하는 것을 목표로 함.



그림 19와 같이 경계조건을 선정하여 구조해석 모델을 개발함. 다이어프램의 소재는 Hastelloy C-22로, 인장강도는 840 MPa, 0.2% 오프셋 항복강도는 430 MPa임. 물성치는 태광후지킨으로부터 전달받았으며, 이를 통하여 구조해석을 진행함.



아래 그림 20, 표 1과 같이 다이어프램의 설계 변수를 설정하여 구조해석을 진행하여 응력 분포를 관찰함. 피로시험 데이터가 없기 때문에 최대 주응력과 최대유효응력을 비교하여 상대적으로 더 높은 내구수명을 가지는 설계안을 도출하였음. 


결과적으로, 아래 그림 21와 같이 두 설계 변수 모두 Level 5로 설정하였을 때 최대 주응력과 최대유효응력이 각각 4%, 4.2% 감소하여 내구 수명이 향상될 것으로 예상됨.


 

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