• Steel and Composite Structures
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• 제30권1호
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• pp.31-46
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• 2019

In the present study, the various dynamic properties of MWCNT embedded fiber reinforced polymer uniform and tapered composite (MWCNT-FRP) plates are investigated. Various configurations of a tapered composite plate with ply-drop off and uniform composite plate have been considered for the development of the finite element formulation and experimental investigations. First order shear deformation theory (FSDT) has been used to derive the kinetic and potential energy equations of the hybrid composite plates by including the effect of rotary inertia, shear deformation and non-uniformity in thickness of the plate. The governing equations of motion of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement are derived by considering a nine- node rectangular element with five degrees of freedom (DOF) at each node. The effectiveness of the developed finite element formulation has been demonstrated by comparing the natural frequencies and damping ratio of FRP composite plates without and with MWCNT reinforcement obtained experimentally. Various parametric studies are also performed to study the effect of CNT volume fraction and CNT aspect ratio of the composite plate on the natural frequencies of different configurations of CNT reinforced hybrid composite plates. Further the forced vibration analysis is performed to compare the dynamic response of the various configurations of MWCNT-GFRP composite plate with GFRP composite plate under harmonic excitations. It was observed that the fundamental natural frequency and damping ratio of the GFRP composite plate increase approximately 8% and 37% respectively with 0.5wt% reinforcement of MWCNT under CFCF boundary condition. The natural frequencies of MWCNT-GFRP hybrid composite plates tend to decrease with the increase of MWCNT volume fraction beyond 2% due to agglomeration of CNT's. It is also observed that the aspect ratio of the CNT has negligible effect on the improvement of dynamics properties due to randomly orientation of CNT's.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.5-12
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• 2011

본 연구는 국내에서 사용되고 있는 대표적인 파형강판 단면에 대하여 구조적 성능을 검토해 본 후, 현재 국내 제강업체에서 생산 가능한 최대 강판 폭을 고려한 최적 형상의 파형강판 단면을 제안하였다. 파형강판 단면의 검토에는 AISI(1986)를 사용하여 강판의 전단력과 모멘트를 고려하여 최적 단면의 역학적 한계를 정하였고, 성형성과 형상, 성형 후의 강판의 폭과 성형 전의 강판의 폭의 비율을 고려하여 기하학적 한계를 정하였다. 기존 파형강판에 본 연구에서 개발한 최적단면 탐색 알고리즘을 적용하여 강판의 성능을 검토 해본 결과, 굽힘반지름이 76mm이고, 내부굽힘각이 $50^{\circ}$ 부근에서 허용하중과 단면이차모멘트가 가장 큰 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 또한 현재 국내의 강판 제작성을 고려하여 강판폭 1,550mm, 길이 4,700mm의 SS490 강재를 사용하여 최적 단면 탐색 알고리즘을 적용한 결과, 기존 파형강판보다 두 배 이상의 성능을 발휘할 수 있는 새로운 단면들을 개발하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권10호
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• pp.1385-1391
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• 2010

본 논문에서는 폰 카메라 응용을 위해 H 형 비틀림 스프링으로 지지된 한 쌍의 사다리꼴 셔터 블레이드를 이용하는 초소형, 저전력, 고속 전자기력 Flapping 셔터를 제안한다. 기존의 정전기력 Rolling 셔터와 Flapping 셔터는 폰 카메라 응용을 위해 큰 입력 전압이 필요하며, 기존의 전자기력 Rotating 셔터는 큰 부피로 인해 폰 카메라에 사용하기 어렵다. 본 논문에서 제안하는 전자기력 Flapping 셔터는 폰 카메라에 사용 가능한 작은 크기로 회전 구동을 위해 저강성 H 형 비틀림 스프링과 저관성 사다리꼴 블레이드로 설계하여 제작된다. 실험에서 전자기력 Flapping 셔터는 입력전류 60 mA 에서 자기장 0.15 T 와 0.30 T 에 대하여 각각 최대 오버슈트 회전각 $80.2{\pm}3.5^{\circ}$와 $90.0{\pm}1.0^{\circ}$와, 정상 상태 회전각 $48.8{\pm}1.4^{\circ}$와 $64.4{\pm}1.0^{\circ}$ 성능을 보인다. 응답 시간 성능에서는 셔터 개방의 경우, 1.0 ms/20.0 ms 의 상승/정착 시간을 보이며, 셔터 폐쇄의 경우는 1.7 ms/10.3 ms 의 하강/정착 시간을 보인다. 본 논문에서는 폰 카메라용 셔터 응용을 위해 제안하는 전자기력 Flapping 셔터의 초소형(${\sim}8{\times}8{\times}2\;mm^3$), 저전력(${\leq}60\;mA$), 고속(~1/370 s) 성능을 실험적으로 검증하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1139-1146
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• 2012

P1 비순응 요소를 이용하여 정상 비압축성 Navier-Stokes 유동의 위상최적화 문제를 푸는 방법을 제시한다. 본 연구는 Stokes 유동의 위상최적화 문제에 P1 비순응 요소를 적용하여 그 수치적 효용성을 보인바 있는 이전 연구에 대한 후속 연구이다. 비압축성 물질 해석에서 잠김현상이 발생하지 않으며 선형형상함수를 가지는 P1 비순응 요소의 장점이 관성항을 가지는 유체 문제의 해석과 설계에도 유효한 지를 파악하고자 한다. 일반적으로 사용되는 혼합정식화법과 비교하여 P1 비순응 요소의 사용은 벌칙 함수를 이용하여 연속 방정식을 따로 사용하지 않고 운동방정식에 부과할 수 있기 때문에 자유도의 개수를 감소시킬 수 있다. 벌칙 파라미터가 해의 정확도에 주는 영향과 적정 범위는 수치적으로 검토하도록 한다. 또한 보통의 사각 비순응 요소들이 요소면의 중앙에 절점을 가지고 고차의 형상함수를 지니는데 비하여, 본 연구에서 제시하는 P1 비순응 요소는 요소의 꼭지점에 절점을 가지고 {1, x, y}의 P1 형상함수로 구성됨으로써 수치적인 구현의 용이함이 일반 선형 사절점 요소와 동일하다. 제안한 방법의 효용성을 다양한 레이놀즈수에 따른 유동최적화 문제들을 살펴봄으로써 검증하도록 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.642-648
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• 2019

본 논문은 스낵식품 가공 공정라인에서 사용하는 설비 중 하나로 이송물의 관성을 이용한 제조공정용 Fast Back 이송장치이다. 기존의 이송 장치는 벨트 컨베이어와 기계식 크랭크를 적용한 구동 장치로써 소음과 진동이 크고 환경 공해 발생하며 주기적인 유지보수가 필요하다. 이로 인해 본 논문에서는 제안하는 Fast Back 이송 장치는 크랭크식 구동장치 부분을 리니어 서보모터로 대체하고 가속에 따른 힘의 평형을 맞추기 위한 평형추 장치를 적용하여 안정된 동작을 확보하였다. 평형추 장치는 주기적으로 발생하는 충격형태의 가진력을 상쇄 시키는 것으로 진동해석을 통해 진동의 주요 원인을 파악하고 저감대책을 수립하였다. 시제품 제작을 통한 진동시험에서 약 10배 정도의 진동 저감에 대한 유효성을 검증하였다. 또한, PLC제어를 통한 전진과 후진에서의 속도, 가속도 조정을 가능하게 설계함으로써 직선형 구동력을 직접 발생시켜 별도의 기계적 변환장치가 필요하지 않아 에너지 손실이나 소음 및 진동을 발생시키지 않고 운전 속도에도 제한을 받지 않음을 증명하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권3호
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• pp.23-31
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• 2019

현대의 위성들의 설계요구조건은 운용되는 목적에 따라 다양해진다. 기존 중/대형 위성과는 달리 저궤도에서 운용되는 소형위성의 경우 군사적인 목적을 나타내기도 한다. 그렇기 때문에 고해상도의 사진 및 영상 수요가 증가하며 다표적 관측이 중요하게 된다. 이에 다표적 관측을 하기 위해서 위성의 기동성은 중요한 설계변수이다. 기동성이 증가하기 위해서 소형화가 되면 전체 질량관성모멘트가 감소하기 때문에 위성의 강성을 높여야한다. 본체에 비해서 강성이 낮은 태양전지판의 경우 진동이 발생하기 때문에 영상획득에 큰 영향을 미친다. 이러한 진동특성을 확인하기 위하여 본 연구에서는 위성을 축소모델로 제작하여 자세기동을 모사하기 위한 실험 치구를 도입하였고, 위성의 강성을 모사하기 위한 모사장치를 제시하였다. 또한 실험방식은 스텝모터를 이용하여 와이어의 감는 길이에 따라 위성의 기동각을 모사하였으며, 기동실험 시 발생되는 위성의 본체 및 태양전지판에 대하여 진동특성을 실험적으로 검증하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권7호
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• pp.380-388
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• 2016

마그네트 기어를 이용하면 기계적인 접촉없이 동력을 전달할 수 있다. 마그네트 기어 기반 감속 시스템에서 종동축은 구동축으로부터 분리되어있기 때문에 시스템은 제한된 공극 강성으로 부하 변화에 대응해야하는 2관성 공진 시스템이다. 종동축 즉, 저속측은 구동축 인가 토크만으로 제어되고 갑작스런 외란에 따라 일반적인 기계식 기어 시스템과 달리 과도한 진동이나 슬립이 발생할 수 있다. 따라서 저속측에 인가되는 부하 등의 외란은 실시간으로 측정되거나 추정되어야 한다. 본 논문에서는 고조파 조절기 일체형 마그네트 기어를 이용한 감속 시스템의 저속측 속도 제어를 위한 전상태 되먹임 제어기를 제안하고 이를 전산 모의 시험과 실험을 통해 검증하였다. 저속측 부하를 추정하기 위해 새로운 상태변수를 도입하여 관측기를 설계하였으며 이를 기반으로 하는 전상태 제어기를 통한 외란에 대한 강건성은 2자유도 PI 속도 제어기와 비교하였다. 상대적으로 짧은 시간안에 극의 슬립이 보정되는 것을 확인하였으며 추정된 변수는 실제 측정 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 마그네트 기어 감속기의 서보 시스템으로의 응용 가능성을 담보해주는 결과인 것으로 판단된다.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.379-382
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• 2007

The MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process is used in a micro/nano pattern manufacturing method. This method is based on the lithography technology. But the MEMS process has some problems such as complicated process, long processing time and high production costs. Many researchers are doing research in substitute manufacturing method to work out a solution to these problems. In this paper, we apply a dieless incremental forming technology to a substitute method of MEMS process. This dieless forming technology is using in the commercial scale sheet forming such as a prototype of automobile sheet parts. 5-axes CNC (Computerized Numeric Control) method are applied in this system to get a micro-scale dieless forming results. These 5-axes system are composed of precision AC servo motor stages (4-axes) and PZT actuator (1-axis). A PZT actuator is used in a precision actuating axis because it can be operated in the nano scale stroke resolution. This micro dieless incremental forming system has the advantage of minimization in manipulating distance and working space. As equipment and tools become smaller in size, minute inertia force and high natural frequency can be obtained. Therefore, high precision forming performance can be obtained. This allows the factory to quickly provide the customer with goods because the manufacturing system and process are reduced. To construct this micro manufacturing system, many technologies are necessary such as high stiffness frame, high precision actuating part, structural analysis, high precision tools and system control. To achieve the optimal forming quality, the micro dieless forming system is designed and made with high stiffness characteristic.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2002년도 추계학술대회논문집
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• pp.381-387
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• 2002

In this work, the dynamic characteristics of an oil-lubricated, short SFD with a central feeding groove are derived based on a theoretical analysis considering the effect of a groove. The validity of the analysis is investigated experimentally using an Active Magnetic Bearing (AMB) system as an exciter. For the theoretical solution, the fluid film forces of a grooved SFD are analytically derived so that the dynamic coefficients of a SFD are expressed in terms of its design parameters. For the experimental validation of the analysis, a test rig using AMB as an exciter is proposed to identify the dynamic characteristics of a short SFD with a central groove. As an exciter, the AMB represents a mechatronic device to levitate and position the test journal without any mechanical contact, to generate relative motions of the journal inside the tested SFD and to measure the generated displacements during experiments with fairly high accuracy. Using this test rig, experiments are extensively conducted with different clearance, which is one of the most important design parameters, in order to investigate its effect on the dynamic characteristics and the performance of SFDs. Damping and inertia coefficients of the SFD that are experimentally identified are compared with the analytical results to demonstrate the effectiveness of the analysis. It is also shown that AMB is an ideal device for tests of SFDs.

• 한국융합학회논문지
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• 제9권6호
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• pp.53-60
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• 2018

본 논문은 듀얼 확장 칼만 필터를 기반으로 2링크 매니퓰레이터의 정밀한 제어를 위한 미지 변수 추정법을 제안한다. 2링크 매니퓰레이터 시스템은 기구학 및 동역학 방정식에 비선형성을 가지며 내부 파라미터의 변화에 민감한 특성을 보인다. 이러한 시스템의 경우 내부 미지 파라미터의 추정이 매우 중요하다. 특히 거친 환경에서 작업을 수행함에 있어서 중량과 관성행렬의 변화는 시스템을 불안정하게 만드는 요소이다. 따라서 본 논문에서 제안한 방법을 기반으로 시스템의 상태 및 미지 변수를 동시에 추정하여 앞서 소개한 문제점들을 해결하고자 한다. 제안한 방법은 Mathwork에서 제공하는 Matlab 기반으로 시뮬레이션을 수행했고, 그 결과는 RLS 알고리즘과 비교하여 성능을 분석하였다. 제안된 방법은 상태 및 미지 변수 추정에 RLS 방법보다 뛰어난 추정 성능을 보임을 확인 하였다.