본 논문에서는 그래핀의 우수한 전기적 기계적 특성을 이용하여 정전기 인력에 의하여 휘어지는 그래핀이 수직 팁 게이트에 접촉 여부에 따라서 스위칭이 이루어지도록 조절할 수 있는 3단자 그래핀 NEMS 스위칭 소자에 대하여 연구하였다. 전형적인 MEMS 제작 공정을 이용하여 3단가 그래핀 NEMS 스위칭 소자 제작을 위한 공정을 설계하였고, 그 동작의 핵심 역학은 그래핀에 작용하는 정전기력과 그래핀 자체의 탄성력에 의하여 스우칭의 기계적인 동작이 설명될 수 있었다. 전기적인 동작에서는 그래핀과 핀 전극 사이의 접촉에 의한 접촉 전류와 그래핀이 전극에 접촉하지 않았음에도 그래핀과 핀 전극 사이의 강한 전기장으로 인한 방출전류가 흐를 수 있을 것으로 예상되었다. 실제 기계적인 동작에서 원자단위에서의 움직임을 분석하기 위하여 분자동력학 시뮬레이션 방법을 사용하여 수직 팁 게이트를 가지는 그래핀 기반 3단자 NEMS 스위치 동작에 관하여 연구하여, 기계적인 동작에 따라서 발생되는 다양한 현상들을 분자동력학 시뮬레이션을 통하여 연구함으로써 원자단위에서 이루어지는 다양한 역학들을 살펴보았다.
본 연구에서는 초음파 용접기의 진동에너지를 모재에 전달하는 금속 용접용 혼의 형상설계를 위해 해석적 기법을 적용하였으며, 20kHz 영역에서 사용되는 한파장 바 형상을 갖는 용접용 혼의 형상설계를 위해 FEM(Finite Element Method)을 사용하였다. 봉의 종진동 이론을 Ansys APDL(Ansys Parametric Design Language)에 적용하여 혼의 형상을 최적화하였다. 적절한 혼의 형상을 도출하기 위해 진동의 입력면과 출력면의 면적비와 혼의 축방향 길이비를 이용하여 총 25가지의 모델을 설계하였으며, Modal 해석과 Harmonic 해석을 통해 균일한 진동특성을 확보하고자 하였다. 스텝 바혼의 끝단부(팁)의 균일도 90%이상을 확보하기 위해 Harmonic 해석을 통해 길이비, 면적비를 결정하였고 이에 따라 혼의 총길이 130mm, 스텝 길이 65mm, 출력단 면적 28.79mm의 혼을 설계하였다. 설계치수를 바탕으로 Titanium (Ti-6Al-4V)-GR5 재료를 이용하여 혼을 제작하였다. 또한, 별도로 구성된 초음파 용접시스템을 이용하여 혼의 끝단부의 진동 진폭률 및 변위특성을 평가하였다. 최적화된 혼의 진폭률은 51%까지 향상됨을 확인하였다. 최종적으로 균일한 종방향 스텝 바혼을 설계하였으며, 끝단부(팁)의 균일도 97.4%이상을 확보하였다.
본 논문에서는 전자선 묘화 장비를 이용하여 게이트 길이가 0.2 $\mu$m인 PHEMT를 제작하여 특성을 분석하고, 임피던스정합 및 바이어스 회로를 위한 수동소자 라이브러리를 작성하여 BWLL용 MMIC 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제작된 2단 MMIC 증폭기는 26.7 GHz에서 8.7 ㏈의 소신호 이득 및 -10 ㏈ 이하의 입 .출력 반사 계수를 얻었다. 제작된 2단 MMIC 증폭기의 팁 크기는 4.11$\times$2.66 $\textrm{mm}^2$ 이다.
본 연구는 조류발전 터빈의 블레이드 형상 최적화 해석 시스템 개발에 대한 사전연구의 일환으로 EDISON CFD의 프로펠러 단독성능 S/W와 SNUFOAM ShipMesh Advanced 자동격자생성기를 이용하여 조류발전 터빈 주위 유동장에 대한 수치해석을 수행하였다. TSR 조건 변화에 따라 수치해석을 수행하고 이에 대한 power, total coefficient를 동일한 조건에서 수행된 실험결과와 비교 검증하여 해석자의 신뢰도를 확인하였다. 또한, 블레이드 전체를 모델링한 full body 해석과 하나의 블레이드만을 모델링한 single body 해석 결과를 비교하여 경제적이면서 정도 높은 터빈 성능해석 프로세스를 제안하였다. 조류발전 터빈의 TSR 조건 변화에 따라 낮은 TSR 조건에서는 국부적 와동발생에 의해 $C_P$가 감소하는 것을 확인하였고 설계 TSR에서 가장 좋은 효율을 보임을 확인하였다. 이를 통해 suction side의 압력 분포, 팁 와동의 강도 등 성능개선을 위한 주요한 설계변수를 식별하였다.
본 논문에서는 마이크로프로세서를 이용한 디지털 전기인두기를 설계하여 기존의 아날로그 전기인두기와 비교 검토하였다. 설계된 디지털 전기인두기에서는 두 가지의 개선된 온도제어 특성을 보였다. 첫째로, 사용자가 설정한 온도와 인두팁의 실제 온도편차를 개선하였는데, 주위환경을 각각 $5[^{\circ}C]$와 $25[^{\circ}C]$에서 전기인두기의 설정온도를 $200[^{\circ}C]$, $300[^{\circ}C]$, $400[^{\circ}C]$, $480[^{\circ}C]$로 설정하였을 때, ${\pm}1.8[^{\circ}C]$를 벗어나지 않는 안정한 온도편차를 보였으며, 이를 실험으로 확인하였다. 두 번째, 사용자가 납땜할 때 인두팁에서 변하는 온도편차를 개선하였는데, 1[g]의 납으로 전기인두기의 설정온도를 $200[^{\circ}C]$, $300[^{\circ}C]$, $400[^{\circ}C]$, $480[^{\circ}C]$로 설정하였을 때, 아날로그 전기인두기는 $6[^{\circ}C]{\sim}10[^{\circ}C]$의 편차를 보인 반면, 설계된 디지털 전기인두기는 $2[^{\circ}C1{\sim}5[^{\circ}]$의 안정한 온도편차를 보였으며, 이를 실험으로 확인하였다.
터빈 블레이드의 내부냉각 설계 강화를 위해 설치된 경사요철과 가이드 베인에 대한 연구를 진행하였다. 채널의 입구로 들어오는 공기와 요철이 만나는 각도를 기준으로, 서로 상반된 두 가지 요철배열을 전연면과 후연면에 평행하게 배치하였다. 채널의 종횡비(AR)는 5:1이고, 요철의 각도는 $60^{\circ}$, 요철의 높이와 요철간 간격 비($e/D_h$)는 0.075이다. 레이놀즈 수는 10,000으로 고정하였다. 요철배열에 따른 2차 유동과 딘 와류의 상호작용이 곡관부와 전체 채널의 열전달 결과와 유동특성에 어떠한 영향을 미치는지 확인할 수 있었다. 결론적으로 첫 번째 유로의 요철배열이 팁 면의 열전달 분포에 지배적인 요인이며, 곡관부에서 유동의 분포에도 영향을 미쳤다. 또한 U자 형상 가이드 베인을 사용하였을 때 모든 요철에서 팁 면의 열전달 값이 상승하였으며, 특히 공기와 요철의 충돌각도가 양의각도일 때 가장 높은 냉각성능계수를 보였다.
본 연구에서는 노약자들의 등산활동 시 많이 사용되는 등산스틱의 안전과 성능의 평가를 위한 등산스틱 시험규격 안을 제안하였다. 연관규격조사, 관련 특허 및 논문 조사, 제품현황조사, 파손사례조사, 전문가조사 등을 통해 9가지 등산스틱 성능(안전)요인을 도출하였으며 이 요인들을 시험하기 위한 규격시험장비 3종(비틀림 및 직진도 시험장비, 내구성 시험장비, 스파이크 및 팁 내구성 시험장비)을 설계 제작하였다. 시험에 사용한 시료는 2014년 9월 네이버 쇼핑 기준 판매순위 상위 브랜드 15개의 일자형 손잡이 제품(각 제품별 6개 시료)을 선정하여 사용하였다. 성능요인에 대한 실제시료시험결과 및 전문가회의를 통해 총 6가지의 시험규격 항목 안(편심하중, 길이조절부 압축, 손목걸이 하중, 바스켓 하중, 스파이크 및 팁 내구성, 등산스틱 당김)을 도출하였다.
본 연구에서는 다공성 세라믹 필터를 사용하는 집진장치에서 역세정 과정의 유동특성을 규명하고, 역세정 시스템 설계에 적용하기 위한 전산해석을 수행하였다. 주요 연구내용으로는 역세정 과정에서 중요한 변수인 노즐 직경, 노즐 팁의 위치, 다공성 세라믹 캔들필터의 투과율, 디퓨저 형상, 역세정 압력 등이 집진장치 내부에서의 속도분포, 압력분포 등 역세정 유동특성에 미치는 영향을 상세히 계산하여 역세정 시스템의 사양 설계에 활용할 수 있도록 하였다. 전산해석에는 상용의 FLUENT code를 사용하여 에너지 보존식을 포함한 압축성 축대칭 Navier-Stokes 방정식을 유한체적법 (Finite volume method)으로 해석하였다.
본 논문에서는 팁제트 로터를 사용한 CRW 비행체의 추진시스템에 대한 개념연구 결과를 다루었다. 비행체 중앙에 위치한 엔진으로부터 배기가스를 로터나 주 추력노즐까지 공급하기 위해서 길고 복잡한 내부덕트 시스템이 필요하며 배기가스 분배장치 등이 필요하다. 추진시스템의 성능해석을 위해 엔진운전특성과 내부덕트 시스템 특성을 함께 해석하였다 본 연구에서는 회전익모드에서 내부덕트 시스템의 형상변화에 따른 엔진 및 전체 추진시스템의 운전특성을 분석하여 추진시스템 설계를 위한 중요설계변수를 도출하였으며 파라매트릭 연구를 수행하여 향후 설계방향설정에 기여하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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