• Composites Research
• /
• 제18권6호
• /
• pp.9-18
• /
• 2005

복합재료가 항공기 구조물 및 기계부품 등에 폭 넓게 적용됨에 따라, 복합재료 구조물에서 가장 취약한 복합재료 체결부의 설계는 매우 중요한 연구 분야로 대두되고 있다. 본 논문에서는 기계적으로 체결이 된 단일 및 다중 핀 하중을 받는 복합재료 평판에서 응력분포에 대한 해석적인 연구를 수행하였다. 또한, 기계적체결부인 핀과 구멍간에서 접촉 문제를 다루기 위하여 접촉응력해석을 이용한 유한요소 모델이 사용되었으며, 응력분포를 정량적으로 비교하기 위하여 무차원화한 응력집중계수를 이용하였다. 단일 핀 하중을 받는 경우에 대하여 적층순서, 원공의 지름에 대한 평판 폭의 비 (W/D ratio), 원공의 지름에 대한 끝단에서 원공까지의 길이의 비 (En ratio), 마찰계수, 와셔의 조임력 등에 대한 영향을 알아보았으며, 다중 핀 하중을 받는 경우에 응력집중계수를 이용하여 핀의 개수, 피치, 열의 개수, 열 간격 및 원공의 배치형상의 영향에 대하여 알아보았다. 단일 핀 하중을 받는 경우에 대한 결과로부터, DBLT (Double-Bias-Longitudinal Transverse) 복합재료 평판에서 응력이 가장 민감하게 나타나는 것을 알 수 있었고, 원공의 지름에 대한 평판 폭의 비와끝단에서 원공까지의 길이의 비에 따른 응력의 변화가 민감하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 다중핀 하중을 받는 경우에 대한 응력해석의 결과로부터, 원공이 2열로 배치된 복합재료 평판에서 응력집중현상이 가장 적게 일어나는 것을 확인하였다. 이러한 해석을 통하여, 체결부에서 나타나는 응력분포로부터 복합재료 평판에서의 파손형태를 예측할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권6호
• /
• pp.697-702
• /
• 2017

본 연구에서는 현재 운행 중인 도시철도차량의 전동차 출입문에 규칙적 다공질 금속, 즉, 트러스 요소로 이루어진 피라미드 트러스 코어를 적용 가능한가에 대해 구조 강성 측면에서 검토하였다. 전동차 출입문은 내외피 사이 심재부에 허니콤과 보강재로 구성된 샌드위치 구조이며, 충분한 굽힘 강성과 내구성 등이 요구된다. 현재, 전동차 출입문의 기계적 성능은 한국철도표준규격(KRS)과 도시철도용품 품질규격에서 명시되고 있는데, 3점굽힘시험을 수행하여 중앙부의 처짐량을 측정하여 구조강성의 만족 여부를 판정하고 있다. 기존의 허니컴 코어를 채용한 출입문에 비해 피라미드 트러스 코어로 대체한 출입문의 구조강성 비교를 위하여 기존의 허니콤 코어와 동일한 무게의 두 종류의 피라미드 트러스 코어를 설계, 고려하였다. 이후 한국철도표준규격에 명시한 시험조건에 따라 유한요소해석을 실시하였다. 피라미드 트러스 코어를 적용한 전동차 출입문의 3점굽힘해석 결과 피라미드 트러스 심재 출입문은 기존의 허니콤 심재에 비해 약 2.5%의 처짐량이 더 발생하였지만, 규격에서 요구한 강성 조건을 충분히 만족시켰다. 따라서, 다기능성에 유리한 규칙적 다공질 금속인 피라미드 트러스 심재는 기존의 허니콤 기반의 출입문을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제19권5호
• /
• pp.503-511
• /
• 1998

본 연구에서는 동적충격하중 하에서 다양한 tibial component system의 하중전달현상 및 발생 가능한 실패기전을 관찰하기 위해 서로 다른 tibial component들에 대한 수치해석을 통한 응력분포를 관찰하고 또한 접합 상태에 따른 임플란트 시스템이 받는 영향을 비교 분석하였다. 따라서, 해석에 고려되는 모델은 정상 경골과 현재 가장 많이 적용되는 시스템인 시멘트형과 무시멘트형 metal-backed tibial component, 폴리에틸렌으로 된 시멘트형 tibial component, 그리고 골과 slew사이의 비접합상태를 가정한 metal-backed tibial component을 포함한다. 해석 결과 metal-backed tibial component의 stem 끝 부분에서는 시멘트형이 무시멘트형 보다 약간 더 놀은 최대 응력을 보였다. 반면, 폴리에틸렌으로 된 tibial component의 경우 stem 글 부분에서의 최대 응력은 metal-backed tibial component에 비해 차 반 정도로 줄었고, 전체적으로 정상 경골에 유사한 응답 특성을 보여주었다. 골과 stem 사이의 비접합을 가정한 경우 금속 tray 밑 부된에서의 응력은 완전히 접합된 경우 보다 3배 더 높았고, stem 끝부분에서는 시간에 따른 불안정한 응력이 관찰되어 이 현상은 임플란트 해리현상과 불완전한 골접합을 가중시키는 원인으로 사료된다. 따라서, 수직충격하중을 고려한 경우 골에 안정하게 고정되는 폴리에틸렌 tibial component가 가장 바람직하다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
• /
• 제30권2호
• /
• pp.135-141
• /
• 2009

Purpose: The aim of present study is to evaluate a possibility of clinical application for the effect of low intensity ultrasound stimulation (LIUS) in mechanical characteristics of bone on osteoporotic fractures prevention. Materials and Methods: Eight virgin ICR mice (14 weeks old, approximate weight 25g) were ovariectomized (OVX) to induce osteoporosis. The right hind limbs were then stimulated with LIDS (US Group), whereas left hind limbs were not stimulated (CON Group). Both hind limbs of all mice were scanned by in-vivo micro-CT to acquire two-dimensional (2D) images at 0 week before stimulation and 3 weeks and 6 weeks after stimulation. Three-dimensional (3D) finite element (FE) models generated by scanned 2D images were used to determine quantitatively the effect of LIUS on strength related to bone structure. Additionally, distributions of Hounsfield units and elastic moduli, which are related to the bone quality, for the bones in the US and CON groups were determined to analyze quantitatively a degree of improvement of bone qualities achieved by LIUS. Results: The result of FE analysis showed that the structural strength in US Group was significantly increased over time (p<0.05), while that in CON Group was statistically constant over time (p>0.05). High values of Hounsfield units obtained from voxels on micro-CT images and high values of elastic moduli converted from the Hounsfield units were dominantly appeared in US Group compared with those in CON Group. Conclusion: These finding indicated that LIUS would improve the mechanical characteristics of osteoporotic bone via the effects of bone structure (bone strength) and quality (Hounsfield unit and elastic modulus). Therefore, the LIUS may decrease effectively the risk of osteoporotic fracture in clinics.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.17-27
• /
• 2011

본 논문에서는 솔더의 온도 변화에 따른 변형 거동을 평가하기 위하여 솔더 재료의 열변형 거동을 파악할 수 있는 전단시편을 고안하여 온도변화에 따르는 열변형 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 전단시편은 열팽창계수가 다른 두 금속 막대와 그 사이 공간에 접합된 솔더로 구성되어 있으며, 솔더는 유연 솔더 (Sn/36Pb/2Ag)와 무연 솔더 (Sn/3.0Ag/0.5Cu) 두가지를 대상으로 하였다. 실시간 무아레 간섭계를 이용하여 세 온도 사이클 동안의 각 온도단계에서 변 위 분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고 그로부터 온도에 따른 유연 솔더와 무연 솔더의 열변형 특성을 비교하였다. 유한요소해석을 통하여 여러 연구자가 제시한 솔더의 점소성 물성치를 평가하였으며 유연 솔더의 경우에는 Darveaux가 제안한 Anand 모델, 무연 솔더의 경우 Chang이 제안한 Anand 모델을 사용한 해석 결과가 실험 결과와 가장 일치한다는 것을 밝혔다. 평가된 재료 모델을 사용하여 무연 솔더와 유연 솔더가 포함된 전단시편을 유한요소 해석하고 솔더의 점소성 거동 을 자세하게 분석하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제14권1호
• /
• pp.1-10
• /
• 2015

최근 해양구조물의 건설이 활발해짐에 따라 해상 부유식 구조체를 경제적으로 지지할 수 있는 새로운 앵커형식을 개발하려는 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 기존의 대구경 단일형 석션파일 대신에 다수의 중구경 석션파일을 콘크리트 파일캡으로 결합한 그룹 석션파일에 대하여 연구하였다. 그룹 석션파일은 이동과 회전이 함께 발생하는 복잡한 지지거동을 보이기 때문에 일반적인 설계법을 적용하기 어렵다. 그러므로, 본 연구에서는 점성토 지반에 근입된 그룹 석션파일의 수평방향 지지력을 산정하는 수치 모델링 기법을 개발하였다. 본 기법은 파일을 보요소, 주변지반의 저항력을 비선형 스프링으로 모사한다. 본 기법의 적용성을 분석하기 위하여 동일한 조건에 대하여 3차원 유한요소해석을 수행하여 수평방향 하중-변위 곡선을 서로 비교하였다. 비교결과, 제안된 기법이 지지력을 과소평가하고 최대 지지력이 발생하는 변위는 크게 산정하는 것으로 나타났다. 그러므로, 유한요소해석 결과를 실제거동을 모사할 수 있는 정밀해로 가정한 후 개발된 설계 모델링 기법의 결과를 보정할 수 있는 지반저항력 보정계수를 제안하였다.

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

• 대한치과보철학회지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.63-94
• /
• 1990

The purpose of this study was to analyze the displacement and the magnitude and the mode of distribution of the stresses in the lower overdenture, the mucous membrane, the abutment tooth and the mandibular supporting bone when various denture base materials, such as acrylic resin and 0.5mm metal base, and various denture base designs were subjected to different loading schemes. For this study, the two-dimensional finite element method was used. Mandibular arch models, with only canine remaining, were fabricated. In the first denture base design, a space, approximately 1mm thick, was prepared between the denture and the dome abutment. In the second denture base design, contact between the denture and the dome abutment was eliminated except the contact of the occlusal third of the abutment. In order to represent the same physiological condition as the fixed areas of the mandible under loading schemes, the eight nodes which lie at the mandibular angle region, the coronoid process and the mandibular condyle were assumed to be fixed. Each model was loaded with a magnitude of 10 kgs on the first molar region(P1) and 7 kgs on the central incisal region (P2) in a vertical direction. Then the force of 10 kgs was applied distributively from the first premolar to the second molar of each model in a vertical direction(P3). The results were as follows. : 1. When the testing vertical loads were given to the selected points of the overdenture, the overdenture showed the rotatory phenomenon, as well as sinking and the displacements of alveolar ridge, abutment and lower border of mandible under the metal base overdenture were less than those under the acrylic resin overdenture. 2. The maximum principal stresses(the maximum tensile stresses) being considered, high tensile stresses occured at the buccal shelf area, the posterior region of the ridge crest and the anterior border region of the mandibular ramus. 3. The minimum principal stresses(the maximum compressive stresses) being considered, high compressive stresses occured at the inferior and posterior border region of the mandible, the mandibular angle and the posterior border region of the mandibular ramus. 4. The vertical load on the central incisal region(P2) produced higher equivalent stress in the mandible than that on any other region(P1, P3) because of the long lever arm distance from the fixed points to the loading point. 5. Higher equivalent stresses were distributed throughout the metal base overdenture than the resin base overdenture under the same loading condition. 6. The case of occlusal third contact of the abutment to the denture produced higher equivalent stresses in the abutment, the mandibular area around the abutment and the overdenture than the case of a 1mm space between the denture and the abutment. 7. Without regard to overdenture base materials and designs, the amounts and distribution patterns of equivalent stresses under the same loading condition were similar in the mucous membrane.

• 대한의용생체공학회:학술대회논문집
• /
• 대한의용생체공학회 1997년도 추계학술대회
• /
• pp.245-248
• /
• 1997

Operative interventions for the management of osteonecrosis of the femoral head (ONFH) include core drilling, with or without vascularized fibular bone grafting. Nevertheless, their clinical results have not been consistently satisfactory. Recently, a new surgical procedure that incorporates cementation with polymethylmethacrylate (PMMA) after core drilling has been tried clinically. In this study, a biomechanical analysis using a finite element method(FEM) was undertaken to evaluate surgical methods and their underlying surgical parameter. Our finite element models included five types. They were (1) normal model (Type I), (2) necrotic model (Type II), (3) core decompressed model (Type III). (4) fibular bone grafted model (Type IV), and (5) cemented with PMMA model (Type V). The geometric dimensions of the femur were based on digitized CT-scan data of a normal person. Various physiological loading conditions and surgical penetration depths by the core were used as mechanical variables to study their biomechanical contributions in stress transfer within the femoral head region. In addition. the peak von Mises stress(PVMS) within the necrotic cancellous bone of the femoral head was obtained. The fibular bone grafted method and cementation method provided optimal stress transfer behaviors. Here. substantial increase in the low stress level was observed when the penetration depth was extended to 0mm and 5mm from the subchondral region. Moreover, significant decrease in PVMS due to surgery was observed in the fibular bone grafted method and the cementation method when the penetration depths were extended up to 0 and 5mm from the subchondral region. The drop in PVMS was greater during toe-off than during heel-strike (57% vs. 28% in Type IV and 49% vs. 22% in Type V). Both the vascularized fibular bone grafting method (Type IV) and the new PMMA technique (Type V) appear to be very effective in providing good stress transfer and reducing the peak Von-Mises stress within the necrotic region. Overall results show that fibular bone grafting and cementation methods are quite similar. In light of above results, the new cementation method appears to be a promising surgical alternative or the treatment of ONFH. The use of PMMA for the core can be less prone to surgical complication as opposed to preparation of fibular bone graft and can achieve more immediate fixation between the core and the surrounding region.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제15권3호
• /
• pp.186-194
• /
• 2011

철근콘크리트 보-기둥 접합부는 철근의 복합적인 배근으로 인하여 시공성이 저하되고 철근의 정착공간이 협소하여 정착파괴가 발생할 가능성이 높다. 또한 지진하중 하에서 기둥 또는 접합부의 파괴는 구조물 전체의 파괴를 야기할 수 있기 때문에 기둥 표면에서 일정한 거리이상 떨어진 보에 소성힌지를 발생시켜 보의 파괴가 선행된 후에 기둥 및 접합부가 파괴되는 강기둥-약보의 설계 개념을 적용하여 구조물의 안전성을 확보하고 있다. 본 연구에서는 이러한 접합부의 강도 증가 및 시공성 향상을 도모하고 소성힌지를 보의 내측방향으로 이동시키기 위한 방안으로 보 주인장 철근과 접합부 보강 철근으로 헤디드 바를 활용하고자 하였다. 이를 위해 헤디드 바로 보강된 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대해 3차원 유한요소 해석을 수행하였다. 해석결과의 정확성을 검증하기 위하여 선행연구자에 의해 실험된 부재와 동일한 변수에 대한 해석을 수행하여 그 결과를 비교하였으며, 헤디드바의 우수성을 확인하기 위한 변수를 추가하여 해석을 수행하였다. 해석결과 보 주인장 철근의 정착방법으로 헤디드 바를 사용함으로써 유사한 구조성능 하에서 시공성 향상을 도모할 수 있음을 확인하였다. 또한 헤디드 바를 접합부에 보강함으로써 설계자가 의도한 위치에 소성힌지를 발생시킬 수 있었으며, 주기하중 하에서 에너지 소산능력의 증가, 강성 감소의 최소화 및 극한응력을 향상시키는 결과를 얻었다.