• 대한조선학회논문집
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• 제60권4호
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• pp.213-221
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• 2023

The demand for Liquefied Natural Gas (LNG) carriers and LNG-fueled ships has significantly increased in recent years due to the sulfur-oxide emission regulations by the International Maritime Organization (IMO). The main goal of this paper is to introduce the process for the Engineering Critical Assessment (ECA) of IMO independent type-B cargo tanks made from 9% nickel alloy. A methodology proposed by the British Standard was used to conduct ECA for any structure with initial flaws. Based on this standard, a Matlab code was developed to perform ECA. Coarse mesh Finite Element Analysis (FEA) was performed on an independent type-B LNG cargo tank with a capacity of 15,000 m³. The location with the highest development of maximum principal stress was identified at the bottom of the cargo tank. Fine mesh FEA was performed to obtain the stress range required for ECA. The dynamic cargo tank loads used for FEA were determined using some ship rules presented by Det Norske Veritas. As a result of performing a 20-year long-term crack propagation analysis with a semi-elliptical surface crack, the fracture-to-yield ratio exceeded the Fracture Assessment Line (FAL) and some structural reinforcement was necessary. Performing a 15-day short-term crack propagation analysis, the fracture-to-yield ratio remained within the FAL, and no significant LNG leaks were expected. This paper is believed to provide a guide for performing ECA of LNG cargo tanks in the future by providing the basic theory and application sample necessary to perform ECA.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.23-29
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• 2018

무릎 임플란트에서 접촉압력이 마모에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 본 연구기관에서 개발한 무릎 임플란트 모델을 이용하여 유한요소해석을 하였다. 연구와 산업에서 실제로 사용하는 조합을 이용하여 총 10가지의 무릎 임플란트의 재료조합에 대한 접촉압력을 분석하였다. 무릎이 30도, 45도 60도 기울어져있을 때의 하중을 가하여 접촉압력을 구하였다. 접촉압력을 계산한 결과 티타늄합금-UHMWPE 조합에서 가장 작은 접촉압력이 나왔다. UHMWPE의 경우 대퇴골부에 어떠한 재료를 사용하여도 접촉압력이 크게 변하지 않았다. 접촉압력이 가장 큰 조합과 작은 조합을 비교하였을 때 0.77% 차이를 보였다. 반면에 Carbon/PEEK 복합재료의 경우 접촉압력이 가장 큰 경우와 작은 경우를 비교하였을 때 5.3% 차이를 보였다. 이를 통해 Carbon/PEEK 복합재료를 베어링부로 사용할 경우 대퇴골부의 재료가 마모에 영향을 미침을 알 수 있다. 본 연구는 무릎 임플란트 마모예측과 마모를 최소화 연구에 도움이 될 것이라 생각한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1115-1130
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• 2012

최근 원자로 압력용기 상부헤드 관통노즐 J-groove 용접부 주변에서 균열로 인한 냉각수 누출사고가 발행하고 있다. 이러한 사고의 원인은 용접에 의한 인장잔류응력, 농축된 붕산수 및 응력부식에 민감한 재료로 인한 일차수응력부식균열(PWSCC : primary water stress corrosion cracking)인 것으로 판명되었다. PWSCC 평가는 원자로 건전성 평가의 주요 관심사로서 용접에 의해 발생되는 잔류응력을 정확하게 예측함으로써 가능하다. 본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 국내 원자로의 일반적인 J-groove 용접부의 해석절차를 소개하고, 용접해석 관련 변수의 민감도 해석을 통해 잔류응력 예측기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 2 차원 및 3 차원 요한요소해석 방법을 바탕으로 변수 민감도 해석을 수행하였으며, 기존 연구결과와 비교를 통해 해석절차 및 방법의 유용성을 검정하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권10호
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• pp.1145-1153
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• 2011

본 연구의 목적은 극저온 열처리를 통해 Al6061 의 열처리 잔류응력을 제거하는 것이다. 이를 위해 유한요소해석을 이용하여 열처리 잔류응력을 예측하였으며, 열처리 조건에 따른 각 단계별 대류 열전달계수를 T6 와 극저온 열처리 실험을 수행하여 결정하였다. 예측된 잔류응력 결과는 X 선회절법(XRD)으로 측정된 잔류응력 결과와 비교하여 유한요소해석 결과의 타당성을 확인하였다. 또한 T6 와 극저온 열처리에 대해 각각 전기 전도도와 경도를 측정하여 기계적 특성을 평가하고 TEM 관찰과 XRD 회절 분석을 통해 석출물의 크기 및 성분을 파악하였다. 이를 통해 Al6061 의 T6 열처리와 비교하여 극저온 열처리를 적용함에 따른 잔류응력, 기계적 특성 및 미세조직변화를 조사하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제4권2호
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• pp.221-232
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• 2008

This paper represents the final results of a research program sponsored by the European Commission through project WIND-CHIME ($\underline{W}$ide Range Non-$\underline{IN}$trusive $\underline{D}$evices toward $\underline{C}$onservation of $\underline{HI}$storical Monuments in the $\underline{ME}$diterranean Area), in which the possibility of using advanced seismic protection technologies to preserve historical monuments in the Mediterranean area is investigated. In the current research, the dynamic characteristics of two outstanding Mamluk-Style minarets, which similar minarets were reported to experience extensive damage during Dahshur 1992 earthquake, are investigated. The first minaret is the Qusun minaret (1337 A.D, 736 Hijri Date (H.D)) located in El-Suyuti cemetery on the southern side of the Salah El-Din citadel. The minaret is currently separated from the surrounding building and is directly resting on the ground (no vaults underneath). The total height of the minaret is 40.28 meters with a base rectangular shaft of about 5.42 ${\times}$ 5.20 m. The second minaret is the southern minaret of Al-Sultaniya (1340 A.D, 739 H.D). It is located about 30.0 meters from Qusun minaret, and it is now standing alone but it seems that it used to be attached to a huge unidentified structure. The style of the minaret and its size attribute it to the first half of the fourteenth century. The minaret total height is 36.69 meters and has a 4.48 ${\times}$ 4.48 m rectangular base. Field investigations were conducted to obtain: (a) geometrical description of the minarets, (b) material properties of the minarets' stones, and (c) soil conditions at the minarets' location. Ambient vibration tests were performed to determine the modal parameters of the minarets such as natural frequencies and mode shapes. A $1/16^{th}$ scale model of Qusun minaret was constructed at Cairo University Concrete Research Laboratory and tested under free vibration with and without SMA wire dampers. The contribution of SMA wire dampers to the structural damping coefficient was evaluated under different vertical loads and vibration amplitudes. Experimental results were used along with the field investigation data to develop a realistic 3-D finite element model that can be used for seismic risk evaluation of the minarets. Examining the updated finite element models under different seismic excitations indicated the vulnerability of such structures to earthquakes with medium to high a/v ratio. The use of SMA wire dampers was found feasible for reducing the seismic risk for this type of structures.

• 센서학회지
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• 제1권1호
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• pp.23-34
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• 1992

자기-저항 센서를 제작하기 위하여 Fe-Ni 합금과 Co-Ni 합금을 슬라이드 그라스와 Si wafer에 진공 증착하여 sensor element를 제작한 후 포화자속밀도($B_{s}$), 보자력($H_{c}$), 자기-저항 변화율 등을 조사하였다. 진공 증착된 Fe-Ni 합금 박막의 포화자속밀도는 0.65T이었으며 자화주파수 1 kHz에서 보자력은 0.379A/cm이었고 자냉처리 후 종방향 보자력은 0.370Acm(//), 횡방향 보자력은 0.390Acm(${\bot}$)로 변화되었다. 자기-저항 변화율은 박막의 산화로 인하여 매우 불안정하였다. 진공 증착된 Co-Ni 박막의 포화자속밀도는 0.66T이었으며 자냉처리 후의 종방향 보자력은 5.895Acm(//)이었고 횡방향 보자력은 5.898A/cm(${\bot}$)이었다. 한편 자기-저항 변화율(${\Delta}R/R$)은 $3.6{\sim}3.7%$로써 실온에서 매우 안정하였다. Fe-Ni 박막은 화학친화력이 강하여 자기-저항 센서 제조 공정에서 많은 문제점을 야기시키고 있으나, Co-Ni 박막은 화학친화력이 작고 자기-저항 효과가 뚜렷하여 고온용 자기-저항 소자 개발용 재료로 매우 적합할 것으로 사료된다.

• 구강회복응용과학지
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• 제24권4호
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• pp.317-324
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• 2008

이 논문의 목적은 전부주조관에서 교합점의 위치와 교합력의 방향이 합착용 시멘트층 내의 응력에 미치는 영향에 대해서 알아보는 것이다. 하악 제 1대구치상에서 서로 다른 9 개의 교합점과 3가지 교합력 방향을 가진 27가지 조합의 유한요소 모델을 상정하였다. 금관의 소재는 제 3형 금합금이고, 변연의 형태는 chamfer이다. 합착용 시멘트로는 전 층에서 균일하게 $70{\mu}m$의 두께를 가지는 글라스 아이오노머 시멘트가 사용되었다. 금관에는 100N의 하중을 적용하였다. 협측과 설측 변연의 근접도에 따라서 시멘트층 내 응력은 다른 양상을 나타내었다. 협측은 변연으로부터 약 0.5 mm, 설측은 변연으로부터 약 1 mm 내측에서 최대 응력 값을 가졌다. 하중 방향이 치축에 대해 경사가 클수록, 하중점이 교두첨에 근접해 있을수록 더 큰 응력이 발생하였다.

• 구강회복응용과학지
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• 제26권2호
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• pp.179-195
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• 2010

임플란트 보철물에 저작력 등 외부 하중이 작용하면 내부 반응으로 응력이 발생되는데 지지골에 나타난 응력은 골재생 및 흡수 파괴, 임플란트에 나타난 응력은 임플란트 자체의 파절이나 나사의 풀림현상 및 파절, 상부 구조물에 나타난 응력은 보철물의 파절 등을 예견하는 지침이 될 수 있을 것이다. 지대주의 형상과 재질에 따라 연결방법과 보철방법이 달라지고 임플란트 내부의 하중전달 기전이 변하게 되고 이에 따라 악골에 발생하는 응력분포 역시 달라질 수 있다. 본 연구에서는 하악 제 1대구치 부위에 이중나사 구조를 갖고 원추형 내측연결 임플란트 시스템인 GSII$^{(R)}$ (Osstem, Korea)임플란트를 이용해 지대주의 종류를 티타늄 소재의 2-piece Transfer$^{TM}$ abutment (GST), 금합금 소재의 2-piece GoldCast$^{TM}$ abutment(GSG), 외부 연결형태를 가진 3-piece Convertible$^{TM}$ abutment (GSC) 로 분류하여 이에 따른 응력분포 양상을 비교 분석하여 보았다. 결과 하중조건에 관계없이 응력은 주로 지대주와 고정체가 접촉하는 경부에 집중되었다. 또한 하중조건에 관계없이 임플란트의 고정체 상부와 접촉하는 치밀골에 높은 응력이 나타나고 해면골에는 아주 작은 응력이 나타났다. 축하중보다는 중심축을 벗어난 하중조건에서 더 높은 응력이 발생되었고 수직하중보다 경사하중에서 더 높은 응력이 발생되었다. 전체에 걸친 최대응력은 GSG에서는 지대주, 치관 및 고정체에 고르게 분포되었고 GST는 주로 고정체와 지대주 나사에, GSC는 고정체와 지대주에 집중되었다. 세 지대주 간 골내의 최대응력에는 유의한 차이가 없었고 GSG가 전체 구성부의 응력분포에 있어 유리한 것으로 나타났다.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권3호
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• pp.290-297
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• 2008

STATEMENT OF PROBLEM: Implant-supported fixed cantilever prostheses are influenced by various biomechanical factors. The information that shows the effect of implant number and position of cantilever on stress in the supporting bone is limited. PURPOSE: The purpose of this study was to investigate the effect of implant number variation and the effect of 2 different cantilever types on stress distribution in the supporting bone, using 3-dimensional finite element analysis. MATERIAL AND METHODS: A 3-D FE model of a mandibular section of bone with a missing second premolar, first molar, and second molar was developed. $4.1{\times}10$ mm screw-type dental implant was selected. 4.0 mm height solid abutments were fixed over all implant fixtures. Type III gold alloy was selected for implant-supported fixed prostheses. For mesial cantilever test, model 1-1 which has three $4.1{\times}10$ mm implants and fixed prosthesis with no pontic, model 1-2 which has two $4.1{\times}10$ mm implants and fixed prosthesis with a central pontic and model 1-3 which has two $4.1{\times}10$ mm implants and fixed prosthesis with mesial cantilever were simulated. And then, 155N oblique force was applied to the buccal cusp of second premolar. For distal cantilever test, model 2-1 which has three $4.1{\times}10$ mm implants and fixed prosthesis with no pontic, model 2-2 which has two $4.1{\times}10$ mm implants and fixed prosthesis with a central pontic and model 2-3 which has two $4.1{\times}10$ mm implants and fixed prosthesis with distal cantilever were simulated. And then, 206N oblique force was applied to the buccal cusp of second premolar. The implant and superstructure were simulated in finite element software(Pro/Engineer wildfire 2.0). The stress values were observed with the maximum von Mises stresses. RESULTS: Among the models without a cantilever, model 1-1 and 2-1 which had three implants, showed lower stress than model 1-2 and 2-2 which had two implants. Although model 2-1 was applied with 206N, it showed lower stress than model 1-2 which was applied with 155N. In models that implant positions of models were same, the amount of applied occlusal load largely influenced the maximum von Mises stress. Model 1-1, 1-2 and 1-3, which were loaded with 155N, showed less stress than corresponding model 2-1, 2-2 and 2- 3 which were loaded with 206N. For the same number of implants, the existence of a cantilever induced the obvious increase of maximum stress. Model 1-3 and 2-3 which had a cantilever, showed much higher stress than the others which had no cantilever. In all models, the von Mises stresses were concentrated at the cortical bone around the cervical region of the implants. Meanwhile, in model 1-1, 1-2 and 1-3, which were loaded on second premolar position, the first premolar participated in stress distribution. First premolars of model 2-1, 2-2 and 2-3 did not participate in stress distribution. CONCLUSION: 1. The more implants supported, the less stress was induced, regardless of applied occlusal loads. 2. The maximum von Mises stress in the bone of the implant-supported three unit fixed dental prosthesis with a mesial cantilever was 1.38 times that with a central pontic. The maximum von Mises stress in the bone of the implant-supported three-unit fixed dental prosthesis with a distal cantilever was 1.59 times that with a central pontic. 3. A distal cantilever induced larger stress in the bone than a mesial cantilever. 4. A adjacent tooth which contacts implant-supported fixed prosthesis participated in the stress distribution.

• 대한치과보철학회지
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• 제47권4호
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• pp.424-434
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• 2009

연구목적: 임플란트는 수직교합 하중에는 비교적 잘 견디나 측방하중에 대해서는 약한 역학적 성질을 갖고 있으므로 임플란트의 재료 특성과 기하학적 형태에 따른 응력 분석 연구의 필요성이 제기되고 있다. 연구재료 및 방법: 외부육각구조를 갖는 28개의 임플란트를 7개씩 4군으로 나누어 그 제품에 적합한 UCLA gold abutment를 이용해, 제3형 금합금으로 보철 물을 제작하였고, A군 (3i, FULL $OSSEOTITE^{(R)}$-Implant), B군 (Nobelbiocare, Branemark $System^{(R)}$Mk III Groovy RP), C군 (Neobiotec, $SinusQuick^{(TM)}$ EB), D군 (Osstem, US-II)으로 분류하였다. 고정체와 지대주나사, 지대주를 연결한 후 수직적으로 절단하여 연마한 후 미세경도계를 이용하여 10군데에서 경도측정을 실시하였고, 동적하중 피로시험기를 이용하여 60-600 N범위로 파절시까지 동적 하중을 가하였다. 주사전자현미경을 이용하여 지대주나사 및 고정체의 파절 양상과 파절 위치 등을 관찰하였고, 유한요소분석을 통해 고정체와 지대주 나사에 나타나는 응력 분포와 파절면을 비교 분석하였다. 결과: 1.고정체 경도는 A, B, C, D군에서 각각 245.3, 289.7, 281.3, 300.4 Hv로 D군이 가장 높았고, A군이 가장 낮았다. 지대주 나사의 경도는 A, B, C, D군에서 각각 340.00, 317.62, 306.5, 306.2 Hv로 A군이 가장 높고, D군이 가장 낮았다. 2. 모든 실험군에서 임플란트 고정체의 파절은 응력이 집중되는 고정체 3-4번째 나사산 홈 (valley) 부위 또는 내면의 사공간부와 일치하는 부위에서 발생되었고, 피로수명은 A, B, C, D군에서 각각 31585, 47311, 30141, 105371로 D군이 가장 높았으며, A, B, C군과는 유의한 차이가 있었다(P<.05). 3. 파절양상은 B군과D군에서는 고정체와 나사 모두에서 수직 (longitudinal)파절과 수평 (transverse)파절이 동시에 일어나는 복합 (complex mode) 파절이 관찰 되었고, A와 C군에서는 고정체에서 수평 (transverse mode) 파절만이 관찰되었다. 4. 유한요소분석 결과 인장응력이 가장 높은 고정체 표면부에서 피로 균열이 시발되어 압축응력이 가장 높은 반대편 부위로 피로균열이 전파되었으며, 최대 유효 응력값은 C군이 가장 높았고, B군에서 가장 낮았다. 결론: 피질골 높이와 일치하는 임플란트 고정체 부위에서 최대 인장 주응력이 발생되며, 고정체 사공간부 (dead space)가 최대 인장 주응력이 작용하는 지그 표면과 일치할 때 피로파절이 발생되었다. 따라서 악골에 식립된 임플란트의 신뢰성을 향상시키고 수명을 증대시키기 위해서는 가능한 임플란트 주위의 골소실이 일어나지 않도록 해야 할 것이나 골흡수가 일어나 사공간부 수준까지 진행된다면 임플란트의 파절 빈도가 증가될 수 있으므로 이에 대한 대처가 필요할 것으로 사료된다.