• 대한토목학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.361-374
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• 2016

이 연구는 대표적인 면진장치인 납고무베어링(LRB)의 유한요소모델의 신뢰성을 향상시키기 위하여 주재료인 고무의 재료특성에 대하여 연구하였다. 고무는 일반적인 탄성재료와는 달리 대변형, 비선형특성을 가지는 초탄성 재료이다. 본 연구에서는 고무를 초탄성 재료로 가정하고 그의 재료특성을 변형률에너지함수로 표현하여 LRB의 유한요소모델을 개발하였다. 연구를 위하여 여러 변형률에너지함수 중 몇 가지를 선별하고 이를 이용하여 고무의 재료특성을 예측하였다. 변형률에너지함수를 이용하여 결정된 고무의 재료특성과 표준적인 납의 재료특성을 이용하여 LRB의 유한요소모델을 개발하고, 수평방향과 수직방향의 힘-변위 관계를 해석하였다. LRB의 유한요소모델을 통하여 해석으로 예측한 수평과 수직방향 강성을 실험결과와 비교함으로써 개발된 유한요소모델의 적합성을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권7호
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• pp.642-650
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• 2008

고분자 전해질 연료전지 스택의 성능향상과 안전성 확보를 위하여 스택의 체결하중으로 인한 가스켓과 GDL의 구조적 거동을 살펴보았다. 가스켓 구조 해석의 경우 하중과 변위의 초탄성 거동을 표현하기 위하여 Mooney-Rivlin의 변형률에너지 함수를 사용하였으며, 재료물성을 구하기 위하여 단축 인장 및 등가 이축 인장 시험을 수행하였고 유한요소 해석과 비교하였다. GDL의 물성측정을 위하여 압축 하중의 변화에 따라 두께변화를 측정하였고 단위 셀을 제작하여 하중의 변화에 따른 채널의 압력차를 측정하였다. 실험 데이터를 바탕으로 채널 단면적의 변화를 계산, 유한요소 해석결과와 비교하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.169-174
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• 2019

최근 원격통신용 미러의 정밀 제어를 위한 초정밀 구동 메커니즘 설계에 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 초정밀 구동 메카니즘의 구성 조건을 만족하기 위하여 마이크로미터(um)의 분해능을 가진 탄성힌지(flexure hinge)를 이용한 6자유도 스테이지 메카니즘을 제안한다. 탄성힌지를 조인트로 이용하여 공간상의 6자유도 스테이지를 설계하고, 탄성힌지의 탄성변형을 이용하여 반복적인 운동을 제공한다. 공간상의 6 자유도 스테이지를 개발하기 위하여 탄성힌지를 이용한 평면상의 2 자유도 스테이지를 설계하고 이를 조합하여 6 자유도 스테이지를 제작하였다. 유한요소 해석을 통하여 단위입력에 대한 최대 출력변위를 생성하는 탄성힌지의 크기와 형상을 결정하였고, 전체 스테이지를 구동 할 때, 개별 탄성힌지가 탄성 영역 안에서 구동됨을 유한요소 해석을 통하여 증명하였다. 또한 전체 스테이지 구동의 변위보정과 강성검증을 실험적으로 증명하기 위하여 CCD 레이저 변위센서를 이용한 스테이지 변위 해석을 진행하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권1호
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• pp.28-34
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• 2017

유한요소해석을 이용하여 이물질이 고무 오링과 구조물에 미치는 영향과 성능을 연구했다. 오래전부터 2D 해석을 이용하여 초탄성 오링을 연구해왔다. 오링 설계 시, 접촉응력은 중요한 설계 요소이다. 접촉 응력이 가해진 압력보다 낮으면 누수, 진동, 소음, 출력 저하의 원인이 된다. 이 연구에서는 초탄성 오링을 2D와 3D로 해석하고 결과를 비교한다. 2D와 3D의 접촉 응력 결과는 거의 비슷하게 나타난다. 이물질이 있는 오링은 3D로 모델링해야하는데 모든 방향의 접촉 응력을 고려해야하기 때문이다. 3D 해석에서 간극을 달리하여 10가지 경우로 나누어 이물질이 오링과 구조물에 미치는 영향을 확인했다. 또한 접촉 응력이 가해진 압력보다 높은지 확인하였다. 따라서, 이물질이 포함된 오링은 3D 모델로 해석되어야하며 이러한 결과는 오링 설계에 포함된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권10호
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• pp.1237-1242
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• 2011

족저부의 압력 분포를 해석하기 위하여 인체에 근접한 족부 상세 해석용 모델을 개발하였다. 이 상세 해석용 모델은 족부의 단층촬영 영상(CT scan image)으로부터 밀도 차이에 따라서 골격부와 피부 및 피하조직을 각각 3D CAD 모델로 변환한 후에 결합하여 구성하였며, 근육과 뼈, 피부 모두를 반영한 3D 족부 유한요소해석 모델로 개발하였다. 개발된 3D 족부 유한요소모델에 대하여 NASTRAN의 접촉해석을 수행하여 족저압의 분포를 계산하였으며, 이러한 결과는 균일분포압력을 작용시키는 당뇨병 환자용 신발 설계의 기초 자료로 활용될 수 있다.

• Composites Research
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• 제37권4호
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• pp.301-309
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• 2024

형상기억 스텐트는 형상기억 거동을 통해 심근 경색, 협심증, 동맥경화 등의 혈관을 질환을 치료할 수 있는 의료기기이다. 형상기억 스텐트를 사용하여 혈관 내 삽입되어 혈관을 확장시킬 수 있으며, 설계에 따라 유연성, 탄성 회복, 변형 등의 성능이 달라지게 된다. 본 연구에서는 다구찌 실험계획법을 이용하여 스텐트의 구조설계에 영향을 주는 파라미터를 분석하고 유연성, 탄성 회복, 변형 등을 고려한 구조 설계를 진행하고자 한다. 실제 스텐트가 겪게 되는 조건을 반영하기 위해 ISO 규격을 반영하고, 형상기억 복합재료 물성을 반영하기 위해 인장 시험으로부터 얻은 초탄성 물성을 반영하여 유한요소 해석을 진행하였다. 민감도 분석 및 ANOVA(Analysis of Variance)을 진행하여 스텐트 구조설계 변수의 영향 및 통계적 유의미함을 평가한다. 최종적으로 RSM을 통해 메타모델을 생성하고 기존 대비 개선된 최적설계 모델을 제시하였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.329-334
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• 2023

기존의 멀티스케일 유한요소법(Multiscale finite element, FE² )은 거시 스케일의 모든 적분점에서 대표 체적요소(representative volume element, RVE)의 미시 경계치 문제를 반복적으로 계산하기 때문에 긴 해석 시간과 많은 데이터 저장 공간을 필요로 한다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서 평균장 균질화 데이터 기반 멀티스케일 해석 기법을 개발하였다. 데이터 기반 전산역학(data-driven computational mechanics, DDCM) 해석은 변형률-응력 데이터 셋을 직접적으로 사용하는 모델-프리(model-free)접근 방식이다. 멀티스케일 해석을 수행하기 위해, 평균장 균질화(mean-field homogenization)를 활용하여 복합재의 미세구조에 대한 변형률-응력 데이터베이스(database)를 효율적으로 구축하고, 이를 기반으로 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션을 수행하였다. 본 논문에서는 개발한 멀티 스케일 해석 프레임워크(framework)를 예제에 적용하여, 초탄성(hyperelasticity) 복합재의 미세 구조를 고려한 데이터 기반 전산역학 시뮬레이션 결과를 확인하였다. 따라서, 데이터 기반 전산역학 접근 방식을 활용한 멀티스케일 해석기법은 다양한 재료 및 구조에 적용될 수 있으며, 멀티스케일 해석 연구 및 응용 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.875-888
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• 2013

최근에는 초탄성 형상기억합금을 구조물 일부에 설치하여 지진과 같은 외부 충격하중으로 인해 발생되는 영구적인 소성 변형을 줄이고 자동치유가 가능한 변위제어 시스템을 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 초탄성 형상 기억합금은 상당량의 변위를 가하더라도 별도의 열처리 없이도 상온에서 단지 하중만을 제거하여도 원형으로 복원이 가능한 독특한 합성 금속재료이다. 뼈대 구조물에서 변형이 집중이 되는 부위에 기존에 사용된 강재를 대신하여 초탄성 형상기억합금을 사용한다면 시스템의 복원 효과를 극대화 시킬 수 있다. 따라서 본 연구는 내진성능이 우수한 좌굴방지 가새프레임에 초탄성 형상기억합금 소재를 접목시킨 새로운 구조 시스템을 제안하고 자 한다. 본 연구에서 제안된 구조시스템의 성능을 검증하기 위하여 현재 사용되는 설계코드를 참고하여 6층의 가새프레임 빌딩을 설계를 하고 2차원적인 유한요소 프레임 모델에 각각의 지진 위험도 레벨의 가속도 데이터를 사용하여 비선형 동적 해석을 실시하였다. 해석결과를 바탕으로 초탄성 형상기억합금 가새시스템을 사용한 프레임 구조물과 기존의 가새시스템을 성능적인 측면에서 서로 비교하였다. 해석결과는 지진하중 이후에 초탄성 형상기억합금 가새시스템은 구조물에 잔류 처짐을 감소하는데 매우 효율적임을 보여주고 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제32권5호
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• pp.273-278
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• 2019

본 논문에서는 압입시험을 통해서 초탄성 재료 물성치를 평가하는 간단한 방법을 제시하였다. 초탄성 재료 모델 중, 3개의 물성치($C_{10}$, $C_{20}$, $C_{30}$)를 가지는 Yeoh 모델을 선택하여 주연신률로 표현되는 변형률 에너지 밀도를 적용하였다. Yeoh 물성치를 변화시키며, 구형 압입시험 유한요소해석을 수행하여 압입자 반력-변위 곡선을 획득하였다. 압입자 반력-변위 곡선을 3차 다항식으로 근사하였고, 이 다항식을 물성치($C_{10}$, $C_{20}$, $C_{30}$)의 3차 곱으로 근사된 3차 다항식으로 표현하였다. 압입자 반력-변위곡선 근사를 위해 회귀분석을 진행하여 수식들의 계수를 결정하였으며, 이 회귀식을 이용하여 초탄성 재료의 물성치를 평가하였다. 초탄성 재료 물성치 평가를 수행하고 오차를 비교하여 유효성을 보여 주었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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• pp.550-557
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• 2003

Hyperelastic constitutive equations for nonlinear deformation of the periodontal ligament were investigated. The parameters in the strain energy potentials were obtained from experimental data for uniaxial and shear responses of the human periodontal ligament. The hyperelastic constitutive equations based on two strain energy potentials was also compared with the linear elastic equation, which is recently reported. The best fitted parameters in the strain energy potentials was applied to finite element program (ABAQUS) to simulate special orthodontic treatment of a mandibular canine.