• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1996년도 제7회 학술강연회논문집
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• pp.15-24
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• 1996

로켓모타의 연소관은 구조적인 편의성 및 경량화를 위하여 도옴-실린더부와 실린더-노즐부에 나사체결방법을 많이 적용하고 있는데, 나사의 골부위에 집중응력이 발생하여 인장강도를 넘는 응력이 발생하는 경우가 있다. 본 연구에서는 나사의 골부위의 응력수준을 좀 더 정확히 예측하기 위하여 나사체결시 작용하는 조립 토오크에 의한 초기하중을 고려한 구조해석을 수행하였으며, 나사부위에 발생하는 응력이 항복강도를 초과하므로 정확한 해석을 위하여 탄소성해석을 수행하였다. 조립 토오크에 의한 초기하중은 나사체결 멈춤부에 음(-)의 접촉 간극을 부여하여 모델링하였으며, 조립 토오크의 크기는 나사체결 근접부에서 변형률을 측정하여 모사하였다. 해석결과 초기하중을 고려하여 구조해석을 수행하면 최대예상 작동압력에서 초기하중의 영향은 거의 나타나지 않았으며, 마찰계수를 감소시키면 최대응력이 감소하여 구조적 안전성이 증가할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권7호
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• pp.765-770
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• 2014

본 논문에서는 복합재 대차프레임 볼트 체결부의 내구성 향상 방안에 대한 연구를 다루고 있다. 이를 위해, 인서트와 나사산 유무에 따른 3가지 경우를 고려하여 볼트 체결부에 대한 시험 및 해석을 통해 인서트 형태 및 유무에 미치는 영향을 평가하였다. 제안된 볼트 체결부의 구조 성능은 ASTM D5961에 의거한 시험을 통해 비교 평가하였다. 시험결과, 나사산이 없는 인서트를 갖는 볼트 체결부가 가장 적합한 것으로 확인되었다. 또한, 볼트 체결부를 고려한 복합재 대차프레임에 대한 구조 안전성 평가를 JIS E 4207에 의거하여 유한요소해석을 통해 평가하였다. 복합재 구조물은 Tsai-Wu 파손기준식에 의해 파손평가를 적용하였고, 볼트 체결부와 같은 금속재 구조물은 Von-Mises 파손기준식에 의해 평가하였다. 이때, 볼트 체결부의 경우에는 상세한 구조해석 결과 검토를 위해 서브모델링 기법을 적용하였다. 구조해석결과, 나사산이 없는 인서트가 적용된 볼트 체결부의 경우에는 볼트 체결부 주위의 복합재 구조물에 발생하는 Tsai-Wu 파손지수가 다른 경우에 비해 약 50% 감소하는 경향을 보였는데, 이는 나사선이 없는 인서트 형상이 복합재 대차프레임 볼트 체결부의 내구성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.353-361
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• 1989

본 논문에서는 유한 요소법을 이용하여 접촉을 고려한 나사 체결 문제를 해석하고 여러 다른 체결조건이 각 나사산에 걸리는 하중 분담율에 미치는 영향을 살펴보고, 이 하중 분담율이 보다 균일화 될 수 있는 체결 조건을 찾고, 또 그때의 응력 분포를 살펴보는 것을 목적으로 한다.

• 한국가스학회지
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• 제11권4호
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• pp.79-84
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• 2007

LPG 용기에 장착된 네크링의 암나사와 개폐밸브의 수나사 사이에서 발생되는 접촉법선응력과 von Mises 응력을 유한요소법으로 해석하여 밸브나사의 체결안전성에 관련된 강도 및 가스누출 안전성에 대해 고찰하였다. LPG 봄베의 가스충전압력 $8{\sim}9kg/cm^2$은 밸브와 LP가스 용기의 체결작용과 밀봉작용을 담당하는 나사부에 가압된다. 나사 선단부에서 발생한 스크래치 마모나 칩핑 손상은 나사의 접촉높이를 실질적으로 낮추게 되어 나선부의 강도를 떨어뜨리고, LP가스의 누설을 조장하게 된다. 체결 나선부의 손상은 밸브 나사부의 이빨 강도를 약화시키고, LP가스의 누출에 영향을 미친다. FEM 해석결과에 의하면, 나사 선단부의 마모 및 칩핑에 의한 높이 손상은 이론적으로 볼 때 LP가스의 누출과 밸브의 강도에 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 황동밸브 나사 높이의 손상정도가 밸브의 임계강도를 넘어서게 되면, 나사는 밸브와 LP가스 봄베를 더 이상 체결하지 못하게 되어 압력용기는 갑자기 파손될 수도 있다.

• 전산구조공학
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• 제7권3호
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• pp.133-141
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• 1994

강도활용을 극대화한 볼트의 소성역체결시 볼트의 항복은 볼트에 발생한 인장응력과 너트 나사산과의 접촉면에서 오는 마찰토오크에 의한 전단응력과의 조합에 의한 영향을 받는다. 볼트는 최소단면적인 나사부중 너트와 물리지 않은 여우나사부에서 먼저 항복을 일으킨다. 볼트재료는 대체로 항복과 더불어 소성경화를 보이며 그 정도는 고강도재료에서 인장강도의 10%정도이다. 본 연구에서는 소성역체결시의 거동해석을 변형도증분이론에 의거 해석하였다. 항복은 최소단명이 원통의 표면에서 시작되며 이를 두께가 얇은 원통으로 취급하였다. 항복의 전파는 이들 얇은 원통이 체결이 진행됨에 따라 순차적으로 항복에 이르는 것으로 보고 이 얇은 원통들을 항복시키는데 필요한 축력과 토오크를 합하여 체결종료시의 볼트축력과 (나사면마찰) 토오크로 하였다. M10미터 가는 나사를 계산과 실험에 사용하였다. 축력과 마찰토오크의 마찰계수에 대한 변화관계를 보여주는 그래프와 더불어 실험에서 사용한 볼트의 설계보조 선도를 제시하였다. 이 설계보조용 선도는 실험실에서 얻어진 토오크계수와 마찰계수와의 관계를 그린 것으로 윤활, 포면처리등 현장조건에 따라 달라진 마찰계수를 적절히 취급하는데 효과적으로 활용이 가능하다.

• 대한치과보철학회지
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• 제47권2호
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• pp.125-135
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• 2009

연구목적: 임플란트 치료에서 흔히 발생하는 기계적인 문제점을 하나가 지대주나사의 풀림과 파절이다. 일반적으로 나사 연결의 안정성을 위해서는 지대주나사의 조임회전력에 의한 전하중을 나사의 탄성한계까지 증가시킬 필요가 있다. 그러나 저작운동에 의한 기능부하는 전하중이 가해진 지대주나사에 추가적인 인장력을 가하게 되어 나사의 풀림이나 파절의 가능성을 높인다. 이러한 풀림이나 파절을 방지하면서 동시에 최대의 결합 강도를 가지는 조임회전력을 찾는 연구가 필요하다. 본 연구는 지대주나사의 조임회전력이 임플란트-지대주 연결부 안정성에 미치는 영향을 3차원 유한요소 분석을 통하여 확인하고자했다. 연구 재료 및 방법: External butt joint를 가진 임플란트를 기반으로 3차원 유한요소 해석모형을 설계하였다. 조임회전력에 따른 지대주나사의 전하중을 이론치, 실험치 및 해석치를 비교하여 해석모형을 검증하였다. 검증한 해석모형에서 대해 조임회전력을 10 Ncm, 20 Ncm, 30 Ncm, 그리고 40 Ncm로 각각 적용하고 지대주에 30도 경사지게 250 N의 외부하중을 가하여 유산요소 해석을 실시하였다. 그 결과를 통해 지대주나사의 최대 등가응력을 계산하고 고정체와 지대주 연결부의 응력분포 및 이개거리(gap distance)를 산출하였다. 결과 및 결론: 본 연구조건 하에서 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 전하중은 조임회전력이 클수록 증가하였다. 2. 조임회전력 적용 후 최대 등가응력은 지대주나사 경부에서 발생하였으며, 나사산 체결부에서는 주로 경부쪽 네 개의 나사산에 응력이 집중되었다. 3. 외부하중을 가했을 때에도 조임회전력을 적용했을 때와 동일하게 최대 등가응력은 주로 지대주나사 경부에서 발생하였으나, 10 Ncm의 조임회전력을 적용한 경우에서는 지대주나사 두부밑면에서 발생하였다. 4. 외부하중을 가했을 때 10 Ncm와 20 Ncm의 조임회전력을 적용한 경우에서는 연결부 이개(joint opening) 현상이 관찰 되었다. 5. 조임회전력이 40 Ncm인 경우에는 경사하중에 의해 지대주나사의 경부에 발생하는 최대등가응력이 나사의 소재인 티타늄 합금의 허용응력을 초과하였다. 이상의 결과로 볼 때, 조임회전력은 고정체와 지대주 연결부의 안정성에 영향을 미치는 것이 확인되었다. 임플란트 지대주나사는 임상에서 발생하는 기능 하중을 고려하여 고정체와 지대주 연결의 안정성을 유지할 수 있는 적정 조임회전력의 크기가 제안되어야 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1996년도 제6회 학술강연회논문집
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• pp.265-272
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• 1996

액츄에이터에 사용되는 터어보 펌프의 터어빈을 구동시키기 위한 가스발생기용 고체연료 추진기관의 뒷마개부에 대하여 열/구조 해석을 수행하였다. 가스발생기는 장시간 연소모타로써 뒷마개에는 단열이 되어 있지 않은 배출튜브가 나사로 체결되어 고온, 고압의 연소가스에 의해 뒷마개 구조물에 작용하는 열 하중이 상당히 클 것으로 판단되므로, 최적설계를 위하여 뒷마개부의 열 및 구조해석을 수행하여 열하중의 영향을 예측하고 경량화를 위한 설계자료를 얻고자 하였다. 본 논문에서는 해석결과만을 언급하였으며 차후에 수행될 지상시험시에 해석치와 실험치를 비교한 후 좀 더 정확히 모델링을 하여 열/구조 해석 결과를 뒷마개부의 최적설계에 활용하고자 한다. 해석 결과 열하중이 연소관과의 조립부에는 거의 영향을 주지 않았으나, 열과 압력하중이 동시에 작용할 경우에 뒷마개 배출튜브의 조립부 근접한 곳에서 항복응력을 넘는 응력이 발생하여 정확한 구조 해석을 위해서는 탄소성해석을 수행하여야 할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권8호
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• pp.917-923
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• 2014

휴대폰과 같은 전자제품의 소형화로 체결 부품도 소형화가 요구된다. 초소형 볼트의 머리부분 두께 감소 요구에 따라 체결시 볼트 머리부 파손으로 충분한 체결력을 확보하는데 어려움이 있다. 본 연구에서는 볼트 깊이에 따른 체결 토크를 해석적으로 예측하여 비트 형상 설계에 활용하고자 한다. 볼트 머리부는 주로 전단 파손이 발생하기 때문에, 볼트용 선재의 전단 실험을 통하여 파손 기준을 설정하였다. 그리고, 설정된 전단파손 기준을 바탕으로 체결시 파손 형상과 최대 체결 토크를 예측하였다. 또한, 머리부에 성형되는 비트의 깊이에 따른 최대 체결토크을 예측하였다. 비트 깊이가 깊을수록 볼트 머리와 나사부의 경계에서 응력 집중으로 파손이 빨리 발생하고, 최대 체결 토크도 작아짐을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.3692-3697
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• 2015

나사는 나선형의 홈으로 구성된 체결용 기계요소이다. 최근의 모바일 기기의 소형화 추세로 인하여 나사의 소형화 및 경량화 요구도 크게 증가하고 있는 실정이다. 우수한 기계적 성질과 높은 정밀도의 나사를 생산하기 위해서는 금형 및 공정설계가 성공적으로 수행되어야 한다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통하여 초소형 나사의 머리부 냉간 단조 성형에 대한 공정설계를 수행하였다. 특히, 금형의 형상과 마찰력이 성형에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실험계획법을 적용하였고, 그 결과 마찰력이 성형 시 발생하는 접힘 결함의 지배적인 요인임을 밝혀내었다. 이러한 결과로부터 금형 형상을 개선하였고, 개선된 금형으로 단조 실험을 수행하였고, 실험 결과로부터 접힘 결함 불량이 해소된 것을 확인하였다.

• 대한치과보철학회지
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• 제48권3호
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• pp.224-231
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• 2010

연구 목적: 본 연구에서는 임플란트 경부 디자인의 측면에서 미세나사, 치은 관통부의 곡면 디자인 적용 및 경부 역사면 부여효과를 직접 비교하여 정량적인 평가를 하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 직경 4.1 mm, 길이 10 mm 의 매립형 (submerged) 고정체 (Dentis Co., Daegu, Korea)를 기본 형상으로 설정하였다. 실험 모델로는 대조 모델의 경부 주위, 즉 치은 관통부/지대주 체결 방법에 변화를 준 다섯 가지 경우로 설정하였다 (실험 모델 I: 경부측 3 mm에 높이 0.15 mm, 피치 0.3 mm의 미세나사 (microthread)가 가공된 모델, 실험 모델II: 실험 모델 I 과 동일한 고정체이나, 매립형이 아니라 1-stage 형 (internal type) 디자인을 가진 미세나사가 가공된 모델, 실험 모델 III: 매식부 나사산은 대조 모델과 동일하나 1-stage 형 경부 디자인을 가지는 미세나사가 가공되지 않은 모델, 실험 모델 IV: 일체형 (one piece system) 임플란트로 치은 관통부에 3 mm 직경의 만곡 (concavity)형상을 갖는 모델, 실험 모델 V : 매식부 나사산 및 지대주는 대조 모델과 동일하나 고정체 platform 가장 자리에 높이 1 mm 의 역사면 (reverse bevel)을갖는모델). 유한요소해석을 위해 PC용으로 출시된 상용 프로그램인 NISA II/Display III (EMRC, Troy, MI, USA)를 사용하여, 축대칭으로 임플란트/악골 조합을 모델링하였다. 고정체 형상은 동일하나 경부 (및 치은 관통부) 디자인에 차이가 있는 여섯 종의 임플란트 (대조 모델 + 다섯 종 실험 모델)를 9 mm 폭경의 악골에 식립하고 임플란트 장축에 대해 30도의 각도를 갖는 100 N의 하중을 받는 조건으로 임플란트/골 복합체의 응력을 해석하였다. 결과:실험 모델 I과 실험 모델 IV에서 변연골 응력이 약간 낮았으나 실험 모델 II, III, 실험 모델 V는 대조 모델보다 변연골 응력이 높았다. 최대 절점응력이 기록된 임플란트로부터 0.2 mm 떨어진 위치에서의 응력은 실험 모델 III에서 21.11 MPa로 가장 높았고 실험 모델 II와 실험 모델 V는 비슷한 수준으로 각각 18.39 MPa, 17.88 MPa이었으며 실험 모델 I, IV는 대조모델의 15.09 MPa 보다 약간 낮은 14.78 MPa, 14.63 MPa 였다. 결론: 경부의 미세나사와 치은 관통부의 곡면 (concavity) 부여가 변연골의 응력집중 방지에 효과가 있는 것으로 분석되었다.