최근 그린 친환경, 지구온난화방지와 환경 부하물질저감, 기기 고효율화, 연비향상 등의 관점에서 항공기, 자동차 등 운송기계와 휴대용 전자제품 등 경량화가 요구되는 분야에서 경량합금의 사용이 급증하고 있다. 특히, 경량합금 중 가장 가벼운 마그네슘 합금은 최근 주목을 받고 있는 금속재료이다. 그러나 마그네슘합금은 알루미늄합금과는 달리 상온 성형성 및 접합성이 양호하지 않은 관계로 판재를 이용한 구조부품의 제작을 위해서는 많은 연구가 필요하다. 이러한 관점에서 본 연구는 마그네슘합금 판재의 마찰 교반 점용접을 시도하였다. CNC 밀링머신을 사용하여 프로브의 회전 및 삽입 속도에 변화를 주어 접합 특성을 평가하였고, 각 변수의 영향을 조사하였다. 적외선 열화상기와 로드셀을 사용하여 마찰 교반 점용접 중에 발생하는 교반부 온도와 접합부에 가해지는 수직부가하중의 거동을 측정하였다. 마찰 교반 점용접 후, 시험편의 접합 상태와 접합부 단면 관찰을 통해 접합 상태를 조사하였다. 그리고 인장전단 실험을 실시하여 마찰 교반 점용접된 시혐편의 접합강도를 평가하였고, 파단된 시험편의 파면을 관찰하였다.
현재 인쇄전자 소자 생산을 위해 사용되고 있는 대부분의 그라비아 롤러는 미세 패턴의 보호와 인쇄 중 마찰에 대한 내구성을 향상시키기 위해 경질 크롬 도금 막이 사용되고 있다. 그러나 경질 크롬 도금 막의 경우 구현할 수 있는 경도(~1000 HV)와 이형성, 내마찰(마찰계수: ~ 0.6) 특성 등에 한계가 있다. 이러한 경질 크롬 도금이 적용된 그라비아 롤은 그 수명과 내구성, 구현할 수 있는 인쇄 품질 및 신뢰성 그리고 인쇄처리 속도 등에 있어 여러 문제가 있다. DLC(Diamond Like amorphous Carbon)는 낮은 마찰계수 값인 0.2 이하와 뛰어난 내마모성, 상대재료에 대한 이형성 등을 겸비한 표면강화 기술로 경질 크롬 도금막 대비 우수한 표면 경도(>1,800 HV) 특성을 갖으며, 합성된 DLC 코팅 막의 경우 정밀 인쇄 제판이 요구하는 표면거칠기를 구현할 가능성이 높다는 장점이 있다. 특히 실리콘이 첨가 된 Si-DLC의 경우 표면의 마찰계수를 0.1 이하까지 낮출 수 있는데 닥터블레이드 및 잉크, 인쇄 기재와의 마찰 훼손을 최소화시켜 그라비아 인쇄 롤의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한 PECVD 공정을 이용하여 합성한 Si-DLC는 표면거칠기를 10nm 이하의 경면으로 구현할 수 있으며, 높은 접촉각에 의한 우수한 이형성을 통해 미세 패턴 내부에 전자잉크/페이스트가 잔류되는 현상을 억제할 수 있다. 이는 기존 경질 크롬 도금이 적용된 그라비아 롤에서 발생하는 패턴 내 잉크 잔류-고형화와 그에 의한 사용수명 단축현상을 현저히 개선시킬 수 있다.
미세성형 공정은 마이크로 크기의 부품 생산에 있어 다양한 재료의 활용, 높은 생산성, 적은 재료의 손실, 고품질 생산을 실현할 수 있는 방법으로 최근 산업계와 학계의 많은 주목을 받고 있다. 하지만 매크로 성형에서 마찰거동을 묘사하기 위한 기존의 모델들은 미세성형에서 많은 오차를 유발하는 것으로 알려져 있다. 따라서 미세성형 공정의 성공적인 개발과 실용화를 위해서는 마찰거동의 크기효과에 대한 심도 있는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 다양한 크기의 알루미늄 및 황동 재료를 대상으로 링 압축시험을 실시하여 소재의 크기에 대한 마찰거동의 크기효과를 고찰하였다. 유한요소해석을 이용하여 링 압축 시 접촉면의 마찰력이 링 시편의 변형특성에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 또한 미끄럼선장 모델링과 상계해석을 응용한 마찰모델을 활용하여 미세성형에서의 마찰거동 특성을 이론적으로 설명하였다.
본 연구에서는 기존의 근입비와 재하높이에 따른 모형실험의 결과를 바탕으로 셀 내벽의 마찰을 인위적으로 증감시켜 셀 구조물의 변형특성에 미치는 벽면 마찰의 영향을 알아보고자 하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 재하높이가 낮아질수록 그리고 근입비가 증가할수록 셀 구조물의 변형특성에 미치는 벽면마찰의 영향은 적게 나타났다. 또한 벽면 마찰이 감소함에 따라 항복하중도 작은 값을 나타내었다. 2. 재하높이가 낮아질수록 그리고 근입비가 커질수록 셀 구조물의 수평이동 변위에 대한 회전성분 변위의 비가 작게 나타났다. 따라서 벽면 마찰의 영향은 회전성분 변위와 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다.
철도차량의 기계제동에 사용되는 제동 디스크의 표면에는 반복적인 마찰제동에 의해 열피로에 기인한 열균열이 발생하게 된다. 이러한 열균열은 제동성능 저하, 제동장치 유지보수비용 증가를 발생시키고 심지어는 대규모 열차사고의 원인으로 작용할 수도 있다. 본 연구에서는 우리나라의 새마을 및 무궁화 열차를 대상으로 고내열성을 지닌 제동 디스크 재질을 개발하기 위하여 FC280, FC250, NCM 등의 후보 재질을 선별하여 각 재질의 화학원소 성분과 비율을 결정하였다. 선별된 후보 재질로 주물 공시재를 제작하여 화학적 성분 분석, 결정 및 흑연조직 분석을 하였고 후보재질 시편에 대한 기계적 특성 시험 및 마찰특성 시험을 실시하여 현재 사용되는 제동 디스크 재질 특성과 비교하였다. 기계적 특성시험 결과 NCM이 가장 큰 인장강도를 보이나 마찰계수는 가장 작았다. 소형 다이나모 시험기에서 마찰제동 시 제동 속도 및 제동압력 변화에 대해 가장 안정적인 마찰계수를 나타내는 것은 현재의 사용품인 것으로 나타났다.
본 연구는 경편성물의 특성에 영향을 미치는 중요한 구조변수인 조직, 편환의 계폐여부, 가이드바의 상호 움직임 방향에 따른 소리특성과 생리적 반응 사이의 관계를 파악함으로써 총합적 감성소재 설계를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다. 직물소리발생장치를 이용하여 7가지의 경편성물에 대한 마찰음을 녹음한 후, 이를 마찰음이 유발하는 생리반응을 측정하여 slow alpha파, fast beta파, ECG R-R, RESP, HF/LF, SCL, PV등을 분석하였다. 조직에 따라서는 LPT, Loundness(Z), Roughness(Z)와 Fluctuation strength(Z) 가장 큰 Sharkskin에서 fast beta파, ECG R-R, RESP는 증가하였으며 slow alpha파, PV, HF/LF는 감소하였다. 편환의 개폐여부에서는 폐환보다는 개환에서 Loudness(Z), Sharpness(Z), Fluctuation strength(Z)가 증가하였으며 RESP는 증가하고 HF/LF는 감소하여 개환이 더 불쾌한 감성을 유발하였다. 가이드바의 상호 움직임 방향은 counter보다는 parallel에서 slow alpha의 변화량이 감소하고 fast beta의 변화량이 증가하여 counter보다는 parallel이 더 불쾌한 감성을 유발하는 것으로 보인다. 또한 편성물의 음향특성 중 ΔL, Δf 와 Roughness(Z), Fluctuation Strength(Z)가 생리반응을 예측하는 중요한 요인으로써 나타났다.
하천의 수공 구조물은 홍수 시 작용하는 유수력에 대한 안정성을 확보해야 한다. 본 연구에서는 최근 개발된 친환경 식생호안블록인 중공블록을 하상에 설치할 경우 흐름에 미치는 영향을 연구하였다. 중공블록을 설치한 개수로에 대한 수리모형 실험을 실시하여 흐름저항과 경계층 특성에 대한 중공블록의 영향을 평가하였다. 흐름저항 특성 인자인 Manning의 조도계수와 Darcy-Weisbach의 마찰손실계수는 일정한 유량과 하상경사의 경우 수심에 큰 영향을 받고 이들은 서로 비례관계에 있음을 확인하였다. 그러나 마찰손실계수가 증가하더라도 어느 한계점 이상이 되면 조도계수는 일정한 값으로 수렴한다. 개수로의 경계층의 높이는 하천의 흐름특성과 구조특성을 반영하는 것으로 수심, 유속, 에너지경사, 경계면의 상대조도, Reynolds수, Froude수 등의 함수로 나타낼 수 있다. 중공블록이 설치된 개수로의 조도계수는 일반하천의 경우와 비교하여 큰 값을 나타내고 있어 중공블록이 흐름저항을 크게 증가시키는 것으로 판단된다.
지금까지 알려진 내부마찰측정방법으로는 자유감쇄법(free decay method), 강제진동법(forced vibration method), 비공진강제진동법(non-resonance forced vibration method) 및 초음파법(ultrasoni method) 등이 있다. 이상의 모든 내부마찰실험방법에 관한 실험장치는 그 기계의 동작특성에 따라 실험주파수가 극히 한정되어 있어 연속적인 변화를 시킬 수 없으므로 완화효과를 연속적으로 추적하기 위하여 온도를 변화시키는 방법이 널리 사용되고 있다. 이상에서 소개한 방법들중 본인들이 국산제작실험에 성공한 바 있는 장치는 자유감쇄법에 속하는 염회진자장치(torsion pendulum device) 이므로 이 장치를 중심으로 내부마찰측정원리와 그의 장치에 관하여 소개하고저 한다.
우주는 무중력, 또한 초고진공의 세계이다. 우주에서 기계가 작동할 때, 운동 저항은 마찰력과 관성력만이 작용한다. 여기서 관성력은 가속, 감속 일 때만 작용하며 그 힘은 정확하게 계산하여 얻을 수 있다. 이것에 대하여 마찰력은 접촉면에 항상 존재하며, 또한 비정상이다. 본 연구에서는 피막재로서 앞서의 보고에서 이미 유효성이 나타난 바 있는 In을 사용하여 마찰 반복수에 따른 마찰관계변화에 미치는 Pin, disc의 표면 거칠기의 변화의 영향을 명확하게 밝히고, 초고진공중에 있어서 Tribo-Coating법에 의한 In막은 윤활기구를 검토하고자 한다.
마찰구동은 다른 구동방식에 비하여 구조가 간단하고, 기계적인 정도를 얻기 쉬우며, 백래쉬 등에 기인하는 비선형 요소인 로스트모션이 없고 관성이 작아 구동력이 작은 이점이 있다. 그 반면에 접촉부에서 미끄럼이 발생하여 큰 구동력을 얻기 어렵고 마찰저항에 의하여 마멸이 생기는 결점이 지적되고 있다. 본 연구에서는 초정밀가공기용 위치결정기구로 마찰구동기구를 사용하기 위하여 위치 결정도에 관한 설계, 구동력의 설계 및 재료의 선택에 관하 여 분석하고 시작품을 제작하여 특성을 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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