• Proceedings of the KSME Conference
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• 2003.11a
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• pp.1222-1227
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• 2003

Pitting wear is a dominant form of polyethylene surface damage in total knee replacements, and may originate from surface cracks that propagate under repeated tribological contact. In this study, stress intensity factors, $K_{I}$ and $K_{II}$, were calculated for a surface crack in a polyethylene - CoCr - bone system under the rolling and/or sliding contact pressures. Crack length and load location were considered in determination of probable crack propagation mechanisms and fracture modes. Positive $K_{I}$ values were obtained for shorter cracks in rolling contact and for all crack lengths when the sliding load was apart from the crack. $K_{II}$, was the greatest when the load was directly adjacent to the crack $(g/a={\pm}1)$. Sliding friction caused a substantial increase of both $K_{I}^{max}$ and $K_{II}^{max}$. The effective Mode I stress intensity factors, $K_{eff}$, were the greatest at $g/a={\pm}1$, showing the significance of high shear stresses generated by loads adjacent to surface cracks. Such behavior of $K_{eff}$ suggests mechanisms for surface pitting by which surface cracks may propagate along their original plane under repeated rolling or sliding contact.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.94.1-94.1
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• 2017

최근 공구산업은 산업 발전으로 특수합금들이 발달하면서 이를 가공할 수 있는 새로운 절삭공구소재들이 개발되어 지고 있다. 또한 공구소재보다 코팅개발이 상대적으로 더욱 효과적이기 때문에 코팅 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 최근 일본에서는 새로운 코팅층 물질 개발보다는 기존의 코팅물질을 조합하거나 개량하여 성능을 향상시키는 추세이다. 또한 다기능 절삭 공구를 지속적으로 사용하는 추세에 따라 공구설계의 새로운 솔루션이 요구된다. 예를 들어 TiN 코팅과 추가 요소를 합금하면 효과적인 경도, 내마모성 등을 향상시키며, TiAlN, TiSiN 등을 예로 들 수 있다. 반면, 기존 TiN에 Mo가 첨가된 TiMoN 박막은 특성화하기 위한 노력이 매우 제한적이었다. Mo가 함유된 코팅층의 특징은 낮은 마찰 계수를 갖는다. 이는 Mo이 공기중의 산소와 반응하여 MoO3를 형성하기 때문이다. 본 연구에서는 TiMo합금 타겟을 음극 아크 증착공정을 이용하여 기초실험을 진행하고 분석평가를 진행하였다. 공정조건은 본 실험실에서 도출한 TiN의 기본공정조건을 바탕으로 기초실험을 진행하였으며, 시편은 스테인리스 강판(SUS304)을 사용하였다. 기초분석은 SEM, EDS, XRD, 초미소경도를 이용하였다. 처음 TiMo합금 타겟을 이용하여 기초실험과 분석을 진행한 결과 TiN과 비슷할 것으로 예상한 것과는 다른 결과가 관찰되었으며, 최적화 된 공정도출을 위한 향후 실험을 계획중이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.116.1-116.1
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• 2017

본 연구는 PVD와 CVD를 동시에 사용한 하이브리드 공정시스템을 이용하여 Ti를 도핑한 Diamond-like carbon(DLC) 코팅 전극의 특성 분석에 대한 내용을 다루고 있다. DLC는 높은 경도, 낮은 마찰 계수, 화학적 안정성 등의 좋은 기계적 물성을 가지고 있어 주로 내마모성이 요구되는 분야에 주로 적용되어 왔다. 또한 DLC는 넓은 전위창 및 낮은 백그라운드 전류 등의 전기화학적 특성을 가지고 있어 최근 전극용으로 전도유망한 소재로 주목받고 있지만, 높은 비저항과 낮은 접착력은 여전히 극복해야할 문제로 남아있다. 본 연구에서는 Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) 법과 High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) 기법을 동시에 사용하여 Ti/TiC 하지층과 그 위에 Ti-DLC 막을 증착하였고, Ti 함량에 따른 DLC 박막의 특성변화를 살펴보았다. PVD/CVD 하이브리드 증착법에 의한 하지층은 DLC막과 기판사이의 밀착력을 향상시켰고, 기존 PECVD법과 비교하였을 때 하이브리드 증착법은 DLC 박막의 증착률을 크게 증가시켰다. DLC 박막에 소량의 Ti가 들어가면 C-C $sp^2$ 구조가 증가하여 전기적, 전기화학적 특성이 향상되었고, Ti의 함량이 일정 이상 증가하면 TiC의 영향을 받아 전기적, 전기화학적 특성이 나빠지는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 DLC를 전극으로 활용하기 위해 전기적 및 전기화학적 특성을 향상시키는 연구에 집중하였지만, 산업에 활용하기 위해서 기계적 물성향상과 수명에 관한 추가적인 연구가 이루어 진다면 DLC 전극 분야 발전에 많은 기여를 할 수 있을 것이라 생각한다.

• Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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• v.19 no.2
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• pp.161-177
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• 2017

This paper presents the design considerations and field applications on inflatable structure system to protect rapidly flooding damages in large section tunnel. This inflatable structure system is very valuably used to protect passively and rapidly the possibilities of tunnel damages by flooding threats and unusual leakage to be occurred during and after underground infrastructure. In particular, this system should be necessary in subsea tunnel. The predominant factors in the design of inflatable structure system are the leakage and friction characteristics between the inflater and tunnel liner. The analytical and experimental studies are performed to develop the design considerations and to examine the design parameters of the inflatable structure system. The analytical solutions are developed using membrane theory to suggest the design considerations. The relative friction tests of several fabric materials are also carried out to determine the friction characteristics according to the different friction conditions between inflater and tunnel surface. The test results show that the friction coefficients in wet surface condition are about 20% lower than the values in dry surface condition. In addition, virtual design of tunnel protection system for two virtual subsea tunnel sites which is under reviewing in Korea, is carried out based on this research. It is expected that the results of this research will be very useful to understand the inflater structure design and development the technology of tunnel protection structures in the future.

• Tunnel and Underground Space
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• v.23 no.5
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• pp.401-412
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• 2013

Multi-stage shear test has been performed using joint specimens of gneiss, granite and shale to investigate the influence of micro-scale asperity change on the shear strength of joint plane. For each shear test asperity degradation characteristics of joint specimens of different joint surface strength have been analyzed by utilizing the optimum asperity parameter which can reflect the sequential asperity degradation. Elevation of joint surface profile has been measured and both the changes of asperity parameters and micro-scale asperity distribution have been investigated. Two distinctive variation modes of cohesion and friction angle have been delineated and major cause of shear strength parameter change has been analyzed by considering the micro-scale asperity angle change resulting from the abrasion, fracturing and regeneration of micro-scale asperities. Effects of micro-scale asperity variation on the joint shear strength have been also investigated.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.13 no.5
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• pp.32-38
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• 2019

The flying wing configuration with high sweep angles and rounded leading edge represent a complex flow of structures by the leading edge vortex. For control of the tailless flying wing configuration with unstable directional stability, flaperon is used. In this study, we conducted numerical simulations for a non-slender flying wing configuration with a rounded leading edge and analyzed the effect of the sideslip angle and flaperon. Through aerodynamic coefficient analysis, it was found that the effect of AoS on lift and drag coefficient was minimal and the side force and moment coefficient were markedly influenced by AoS. As the sideslip angle increased, the pitch break, which is related to the pitching moment coefficient, was delayed. Through stability analysis, the directional and lateral static stability of the flying wing configuration were increased by flaperon. Also, the structure and behavior of the leading edge vortex were analyzed by observing the contour of the pressure coefficient and the skin friction line.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.142-142
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• 2016

무전해 니켈 도금은 산업기계 부품, 자동차 부품, 항공 및 전자 통신 부품 등에 이르기까지 산업 전반에서 폭넓게 사용되고 있다. 이는 무전해 니켈 도금 층이 우수한 균일성, 내마멸성, 내식성 등을 지녀 관련 연구가 지속적으로 활발하게 진행되어 왔기 때문이다. 특히, 최근에 이르기까지 도금 층이 얇고, 우수한 내마멸성 및 낮은 마찰계수를 활용한 무전해 니켈 도금은 산업현장에서 기계 부품들의 수명을 연장시키고, 그 성능을 개선시키는데 용이하게 적용되고 있다. 본 연구에서는 이와 같이 무전해 니켈 도금 층의 우수한 특성을 활용하여 해수 부식과 캐비테이션-침식 복합 환경 하에 놓여 있는 금속 재료의 손상을 방지하고자 하였다. 이는 선박의 경우 최근 고속화, 대형화 추세에 따라 부품의 내구성 향상과 연비 효율성이 더욱 강조되고 있으며, 그에 따라 해수 속에서 고속 회전으로 더욱 가혹해진 캐비테이션 침식-부식 환경하에 놓인 선박의 프로펠러, 펌프 임펠러 및 케이싱 등의 금속재료 자체를 보호할 수 있는 고성능 재료의 개발이 요구되고 있기 때문이다. 또한 해양환경 하에서 무전해 니켈 도금 층에 대한 캐비테이션 침식 손상에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 회주철 표면에 무전해 니켈 도금을 실시하여 캐비테이션 침식 손상을 방지하고자 하였다. 무전해 니켈 도금을 실시하기 전 도금 층을 균일하게 형성하기 위해 샌드 페이퍼 #1200까지 연마 후 알칼리 탈지 실시하고, 산세(10% HCl)와 수세를 순차적으로 실시하여 전처리하였다. 이후 무전해 니켈 도금은 황산니켈, 차아인산나트륨, 구연산, 아세트산나트륨 그리고 미량의 질산납으로 구성된 도금욕에서 pH 4-6, $80-90^{\circ}C$의 조건으로 실시하였으며, pH는 NaOH를 이용하여 조정하였다. 이렇게 제작된 무전해 니켈 도금 층에 대하여 천연 해수 속에서 ASTM-G32 규정에 의거한 캐비테이션 침식실험을 통해 내구성을 평가하였다. 캐비테이션 실험 후에는 무게 감소량, 표면 손상깊이, 침식 손상 경향 등을 종합적으로 분석 비교하였다. 그 결과, 회주철에 대하여 무전해 니켈 도금을 실시할 경우 현저한 캐비테이션-침식 저항성 향상이 관찰되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2000.11a
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• pp.17-17
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• 2000

탄소섬유/에폭시 적충복합재는 경량성 및 비강도, 비강성이 우수해 최근 들어 항공기, 자동차, 우주선 등에 대한 적용이 급속도로 증가하고 있다. 그러나 적충복합재 구조물에 있어 최대 약점 중 하나는 적충된 면이 서로 떨어지는 충간분리가 발생 할 수 있다는 것이다. 본 논문에서는 탄소섬유/에폭시 적충복합재의 파괴특성을 향상시키기 위해 프리프레그 (prepreg)를 이온빔으로 표면처리하는 방법에 대해 연구하였다. 즉 프리프레그를 $Ar^+$ 이온도 움반응법에 의해 표면처리 하였으며 이를 적용, 열림모드 파괴특성을 검토하였다. 즉 표준 프리프레그와 표면처리 된 프리프레그를 이용 $0^{\circ}$ 단일방향 DCB(Double Cantilever Beam) 시편을 제작하였으며, 각각의 경우에 대하여 파괴시험을 수행하였다. 파괴시험으로부터 파괴 저항곡선(R-곡선)을 결정하여 이를 비교 검토함으로서 프리프레그의 표면처리가 파괴특성에 미치는 영향을 해석하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 층간분리 길이가 동일한 경우 표면처리한 경우의 컴플라이언스가 표면처리 하지 않은 경우에 비해 작게 나타남을 알 수 있었다. 둘째, 파괴하중 값은 컴플라이언스와 반대현상을 나타낸다. 즉 표면처리한 경우의 파괴하중 이 표면처리 하지 않은 경우에 비해 크게 나타남을 알 수 있었다. 셋째, 표면처리 한 시편의 경우 R-곡선이 향상됨을 알 수 있었다. 즉 표면처리 한 경우의 열림모드 파괴이성, $G_{Ic}$ 값은 표준 시편의 값보다 24% 높았다. 이는 프리프레그의 표면처리 가 충과 충간의 접착강도를 증가시키고 또한 탄소섬유와 에폭시 간의 계면력을 증가시킨데 기인하는 것으로 사려된다.되었으며, duty-on 시간의 증가에 따라 $Cr_2N$ 상의 형성이 점점 많아져 80% duty-on 시간 경우에는 거의 CrN과 $Cr_2N$ 상이 공존하는 것으로 나타났다. 또한 duty-on 시간이 증가할수록 회절피크의 세기가 증가하여 결정화가 더 많이 진행되어짐을 알 수 있었다. 마찬가지로 바이어스 펄스이 주파수에 다른 결정성의 변화도 펄스의 주파수가 증가할수록 박막이 결정성이 좋아지고 $Cr_2N$ 상이 쉽게 형성되었다. 증착 진공도에 따른 결정성은 상대적으로 질소의 농도가 높은 낮은 진공도에서는 CrN 상이 주로 형성되었으며, 반대로 높은 진공도에서는 $Cr_2N$ 상이 많이 만들어졌다. 즉 $1.3{\times}10^{-2}Torr$의 증착 진공도에서는 CrN 상만이 보이는 반면 $9.0{\tiems}1-^{-2}Torr$ 진공도에서부터 $Cr_2N$ 상이 형성되기 시작하여 $5.0{\tiems}10^{-2}Torr$ 진공도에서는 두개의 상이 혼재되어 있음을 알 수 있었다. 박막의 내마모성을 조사한 결과 CrN 박막의 마찰 계수는 초기에 급격하게 증가한 후 0.5에서 0.6 사이의 값으로 큰 변화를 보이지 않았으며, $Cr_2N$ 박막도 비슷한 거동을 보였다.차 이, 목적의 차이, 그리고 환경의 의미의 차이에 따라 경관의 미학적 평가가 달라진 것으로 나타났다.corner$적 의도에 의한 경관구성의 일면을 확인할수 있지만 엄밀히 생각하여 보면 이러한 예의 경우도 최락의 총체적인 외형은 마찬가지로 $\ulcorner$순응$\lr

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.99-99
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• 2013

나노결정질 다이아몬드(Nanocrystalline Diamond: NCD) 박막은 고경도와 낮은 마찰계수를 가지고 있어 초경합금이나 고속도강과 같은 절삭공구 위에 코팅하여 공구의 성능 향상을 도모하려는 노력이 있어 왔다. 그러나 NCD 박막의 잔류응력이 크고, 초경합금과 철계 금속에 NCD가 증착되지 않는다는 문제점이 있다. 따라서 잔류응력 완화와 다이아몬드 핵생성을 위하여 제3의 중간층 재료가 필요하다. 본 연구에서는 W과 Ti을 중간층으로 하여 초경합금(WC-Co)과 고속도강(SKH51)에 NCD 박막을 코팅하고 기계적 특성을 비교하였다. 초경합금 또는 고속도강기판 위에 W 또는 Ti 중간층을 DC magnetron sputter를 이용해 각 1 ${\mu}m$의 두께로 증착하고 그 위에 MPCVD (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)를 이용해 NCD 박막을 2${\mu}m$의 두께로 코팅하였다. FESEM을 이용하여 표면과 단면의 형상을 관찰하였고, XRD와 Raman spectroscopy를 통해 NCD 박막의 결정성을 확인하였다. 그리고 tribology test를 실시하여 코팅된 박막의 내마모성을 비교하였으며, Rockwell C indentation test를 이용하여 밀착력을 비교하였다. 초경합금에 적용 시, W이 Ti보다 중간층으로서 더 우수한 것으로 나타났으며 이는 열팽창계수 차이에 의한 잔류응력의 차이에 의한 것으로 여겨진다. 중간층 두께에 따른 박막의 기계적 특성 변화를 알아보기 위해 W 중간층의 두께를 1, 2, 4 ${\mu}m$로 변화를 주었다. 중간층 두께가 2 ${\mu}m$ 이상일 때 박막의 밀착력이 증가되는 것으로 나타났다. 고속도강 위에 같은 방법으로 1 ${\mu}m$의 W 또는 Ti 중간층 위에 2 ${\mu}m$의 NCD 박막을 코팅한 시편들은 초경합금에 코팅한 것과 달리 두 시편 모두 낮은 밀착력을 나타내었다. 열팽창계수 차이에 의한 잔류응력을 완화하기 위해 고속도강에 W/Ti 복합박막을 중간층으로 Ti, W순으로 각각 1 ${\mu}m$ 두께로 증착 후 그 위에 NCD 박막을 2 ${\mu}m$ 두께로 코팅 한 후 특성을 비교하였다. Ti/W 복합 중간층 위에 코팅된 NCD 박막의 밀착력이 W 혹은 Ti 단일 중간층에 코팅된 박막에 비해 우수한 것으로 나타났다. 그러나 실제 공구에 적용하기에는 박막의 밀착력 개선이 요구되며 이를 위해서 더 연구가 필요하다.

• Science of Emotion and Sensibility
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• v.8 no.4
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• pp.345-354
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• 2005

In this study, the mechanical properties and hand characteristics have been analyze4 according to fabric structural parameters such as the weft density and weave stricture of cotton fabric. KES-FB system was used to measure hand characteristics and mechanical properties of fabric. The weft density made an effect on bending and shear properties but not on tensile , compression, and surface properties. In case of wearing property, B/w, 2HG/G, 2HB/B, 2HB/W, $\sqrt[3]{B/W}$, $\sqrt{2HB/W}$, W/T, WC/W were affected tv the weft density. The crimp was highly correlated with the tightness, hand, wearing an4 mechanical properties, specially tensile linearity, bending, shear, and compression properties. The weft crimp influenced the bending, shear, compression resilience, surface roughness, hand, and wearing properties. The tightness has an effect on tile bending, shear, compression, surface friction, hand, and wearing properties.