• 대한기계학회논문집A
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• 제33권9호
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• pp.859-869
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• 2009

물성치와 하중-변위곡선을 일대일 대응 시킬 수 있는 함수를 생성함으로써, 미지 재료에 대한 압입시험 데이터로부터 바로 재료물성을 찾는 압입물성평가 기법을 제시했다. 원뿔형 압입 유한요소해석으로 압입자 중심각이 압입 하중-변위 곡선에 주는 영향을 살펴 보았다. 이로부터 한 압입자 중심각에 대해 같은 Kick's law 계수 C를 갖는 두 재료들이 압입자 중심각이 변하면 서로 다른 C 값들을 가짐을 확인했다. 이어 영률, 항복강도, 변형경화지수와 하중-변위곡선 사이의 상관관계들을 분석하고, 항복변형률이 변형경화 지수와 더불어 중요한 변수임을 확인했다. 이 두 특성들을 바탕으로 이중원뿔형 압입 물성평가 수식들을 작성했다. 1회 압입 후 재료의 영률을 평가하고, 두 압입자를 이용해 얻은 하중-변위 곡선들로부터 곡률계수들을 구해 항복변형률과 변형경화 지수를 구했다. 제시된 물성평가법은 압입 하중-변위곡선들로부터, 압입자 물성과 선단반경에 상관없이, 평균오차 2% 내에서 재료 물성값들을 준다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권1호
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• pp.35-42
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• 2008

본 연구에서는 원뿔형 압입자를 이용한 압입시험의 기초 유한요소해석으로부터 자기유사성을 나타내는 Kick's law 계수 C의 영향을 조사하고, 선단반경의 변화가 하중-변위 곡선에 미치는 영향을 회귀분석을 통해 살펴보았다. 아울러 항복강도와 변형경화지수 등의 변수들이 재료 영률평가에 미치는 영향을 분석하였다. 기존 영률 평가에 널리 사용되는 탄성이론에 기초한 Pharr 등의 식을 일반적인 탄소성 금속재료에 적용하기 위하여 다양한 재료에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 재료 영률평가 시 압입자 선단반경과 압입깊이의 영향을 최소화하기 위해 Pharr 등의 식에 수정된 보정계수 k를 도입한 영률예측식을 제시하였다. 새로운 영률예측식은 텅스텐 카바이드와 다이아몬드 압입자일 때 모두 2%내의 평균 오차범위에서 각 재료의 영률을 평가할 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제18권5호
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• pp.346-351
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• 2009

선폭의 감소와 소자 집적도의 증가로 인하여 향후 현재 사용되고 있는 탑-다운(Top-down) 생산방식에서 바텀-업(Bottomup) 방식의 소자 생산이 예상되고 있으며, 이와 관련된 연구가 활발히 진행 중에 있다. 대표적으로 나노와이어(Nanowire)와 나노벨트(Nanobelt)를 이용한 소자 개발이 한 대안이며, 이러한 소자 개발을 위해 물질의 물성 특성 연구를 위하여 나노인덴터를 이용한 물성 연구가 진행 중이다. 특히 나노인덴터는 나노 크기의 구조물에 대한 연구를 위하여 부가적으로 원자힘현미경(AFM; atomic force microscope) 기능을 제공하며, 이를 통하여 얻어진 표면 이미지를 이용하여 나노 구조물의 정확한 위치에 대한 물성 정보를 제공하게 된다. 그러나 나노인덴터에서 사용되는 팁(tip)은 기존의 원자현미경에서 사용되는 팁에 비하여 상대적 크기가 상당히 큰 특징이 있어 나노인덴터에 의한 표면 이미지에는 상당한 오차가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 나노인덴터에서 대표적으로 사용되는 50nm 벌코비치 팁(Berkovich tip)과 1um $90^{\circ}$ 원뿔형 팁(Conical tip)을 이용하였으며, 각 팁에 대한 표면 특성을 확인하기 위하여 박막 표면을 각 팁으로 압입하여 압입 후 표면 영상과 압입 깊이를 통하여 팁의 특성을 확인하였다. 이후 나노인덴터를 이용하여 100nm급 나노 구조물에서 표면 주사를 실시하여 획득된 이미지와 기존 원자현미경을 이용한 표면 이미지를 비교하여 오차를 획득하였다. 또한 각 팁의 외형으로 이론적으로 계산된 오차와 비교하였다.

• International Journal of Aerospace System Engineering
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• 제7권2호
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• pp.1-5
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• 2020

When a rigid wedge is indented in to a semi-infinite block, the material is bulged up around the wedge that is generally called lip. The previous works in this filed considered the outer profile of the lip to be linear. But, present authors observed both experimentally and with the aid of finite element analysis that the profile of the lip is not always linear, and it depends on the angle of the wedge and friction parameters. So, in this work, attempts have been made to calculate hardness of indentation for different wedge angles and friction parameters. As hardness is intrinsic property of material, consideration of either linear or parabolic lip will not be affected much. A comparative study of hardness for linear and parabolic free surface profiles of the piled up material around the cone is analyzed in this work.

• 열처리공학회지
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• 제14권6호
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• pp.336-344
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• 2001

For the establishment of the world wide unified scales of the Rockwell hardness test with conical indenters, round robin test was carried from 1998 to 2000. The pilot laboratory was MPA-NRW and 12 laboratories from 11 countries participated In this RRT. Rockwell hardness of 74 specially prepared blocks was measured for the scales of C, A, D, 45N, 30N, and 15N and the results were compared. It was found that the geometric form of indenter affects on the results very significantly and standardization in the measurement and evaluation of indenter should be established in short time for the reliable hardness measurement. KRISS showed good results in general for all of the ranges except 15N scale which showed relatively large difference compare to the mean value. It was concluded that poor control in loading velocity of the dash pot was the major reason.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권9호
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• pp.943-951
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• 2014

마이크로/나노 압입시험에 사용되는 각뿔 혹은 원뿔형 압입자의 선단 형상은 제작한계 및 사용 중 마모 등으로 인해 필수적으로 곡면 형태를 띄게 된다. 많은 압입시험 관련 연구에서 각뿔형 압입자의 선단 형상은 편의상 구형으로 가정한 후, 얕은 압입에 대한 구형압입 이론식을 적용하고 있다. 이러한 가정에는 근본적으로 두 가지 문제점이 있는데, 첫 번째로 이론해의 정확성은 재료 물성치 및 압입자 형상에 따라 변화한다는 점이며, 두 번째로 각뿔형 압입자의 실제 선단 형상은 이상적인 구형이 아니라는 점이다. 본 연구에서는 유한요소해석에 기반하여 압입시험에 미치는 이 두 요소의 영향을 분석한다. 먼저 탄성 구형 압입시험에 대해 푸아송비와 하중-변위 곡선의 상관관계를 살펴보고, 이를 기반으로 수정된 구형 탄성 압입 관계식을 제시한다. 이어 가정된 Berkovich 선단 형상의 3차원 유한요소해석으로부터 압입깊이에 따른 하중-변위 곡선의 특성을 분석한다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1-6
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• 2008

Due to the self-similarity of Berkovich and conical indenters, different materials may show the same loaddepth curve for single indentation. In this study, we first compare the load-depth characteristics of conical and Berkovich indenters via finite element method. We also analyze the variation of load-depth curves with angle of Berkovich indenter, indentation parameters, and material properties. With numerical regressions of obtained data, we then propose dual-Berkovich indentation formulae for material property evaluation. The proposed approach provides the values of elastic modulus, yield strength and strain-hardening exponent and corresponding stress-strain curve with an average error of less than 3%. The method is valid for any elastic indenters made of tungsten carbide and diamond for instance.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권1호
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• pp.17-28
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• 2012

본 연구에서는 역해석 방법을 통해, 중심각이 서로 다른 두 삼각뿔 압입자를 이용하는 재료물성 평가법을 제안한다. 자기유사성을 갖는 첨단형 압입자를 사용한 압입시험 전산모사시, 동일 압입깊이에 대해 원뿔형 및 삼각뿔 압입자가 주는 하중-변위 곡선들이 다름을 확인했다. 따라서 삼각뿔형 압입자를 이용한 물성평가는 원뿔형 압입자와 별도로 독립적인 연구가 필수적이다. 먼저 다양한 재료들에 대한 삼각뿔 압입 유한요소해석들로 얻은 하중-변위 곡선들의 특징을 살폈다. 이를 토대로 압입자 반각이 다른 두 삼각뿔 압입자를 이용해 유한요소해석으로 얻은 하중-변위곡선들의 회귀분석으로 재료물성치를 얻는 이중 삼각뿔 압입물성평가 알고리듬을 제시했다. 제안된 물성평가법을 이용하면 다양한 재료에 대해 평균오차 3% 이내로 영률 및 항복강도, 변형경화지수의 예측이 가능하다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제32권2호
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• pp.105-118
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• 2008

The newly developed analysis method for nanoindentation load-displacement curves are focused on not only obtaining elastic modulus and hardness values but also other mechanical properties, such as yield strength and strain hardening properties. Dao et al. developed a forward and reverse algorithm to extract the elasto-plastic properties of materials from the load-displacement curves obtained in nanoindentation test. These algorithms were only applicable for engineering metals (Poisson#s ratio 0.3) using the equivalent conical indenter of the Berkovich. However, the applicable metals are substantially limited because range of used in the finite element analysis is narrow. This study is designed to expand range of the applicable metals in the reverse algorithms established by Dao et al. and to improve the accuracy of that for extracting the elasto-plastic properties of materials. In this study, a representative strain was assumed to vary according to specific range of $E^*/{\sigma}_r$ and was defined as function of $E^*/{\sigma}_r$. Also, an initial unloading slope in reverse algorithms improved in this study was not considered as independent parameters of the load-displacement curves. The mechanical properties of materials for finite element analysis were modeled with the elastic modulus, E, the yield strength, ${\sigma}_y$, and the strain hardening exponents, n. We showed that the representative strain (0.033) suggested by Dao et al. was no longer applicable above the $E^*/{\sigma}_r$ of 400 and depended on values of $E^*/{\sigma}_r$. From these results, we constructed the dimensionless functions, in where the initial unloading slope was not included, for engineering metals up to $E^*/{\sigma}_r$ of 1500. These functions allow us to determine the mechanical properties with greater accuracy than Dao#s study.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권1호
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• pp.81-90
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• 2012

재료시험기법 중 하나인 압입시험은 크리프 특성 분석에 이용될 수 있다. 그러나 많은 기존 연구들이 정상상태의 크리프 특성만을 이용하고 있기 때문에, 단축시험과 압입시험 사이에는 상당한 차이가 발생한다. 따라서 정확한 크리프 평가를 위해서는 천이 크리프 특성을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 Ogbonna 등(14)의 구형 압입자를 이용한 천이 크리프 해석을 확장, 자기 유사성을 갖는 원뿔형 압입자에 적용했다. 천이 크리프 특성을 유한요소해석을 통해 분석하여 정리하였으며, 구형 및 원뿔형 압입시험의 천이 특성을 비교했다. 또한 재료의 탄성변형률, 압입자 형상, 압입접촉면적, 대표 변형률 등 기존 평가법들에서 정량적으로 잘 고려되지 못하고 있는 부분들을 살펴보고 그 해결방안을 제시했다.