Cylindrical shell structures buckle at service loads which are much lower than their associated theoretical buckling loads. The main source of this discrepancy is the presence of various imperfections which are created on the cylinder body during different processes as manufacturing, handling, assembling and machining. Many cylindrical shell structures are still designed against buckling based on the experimental data introduced by NASA SP-8007 as conservative lower bound curves. This study employed the numerical based Linear Buckling mode shape Imperfection (LBMI) method and modified it using a stochastic method to assess the effect of geometrical imperfections in more details on the buckling of cylindrical shells with and without the cutout. The comparison of results with those obtained from the numerical Simcple Perturbation Load Imperfection (SPLI) method for cylinders with and without cutout revealed a good correlation. The effect of two parameters of size and number of cutouts on the buckling load was investigated using the linear buckling and Modified LBMI methods. Results confirmed that in cylinders with a small cutout inserting geometrical imperfection using either SPLI or modified LBMI methods significantly reduced the value of the predicted buckling load. However, in cylinders with larger cutouts, the effect of the cutout is dominant, thus considering geometrical imperfection had a minor effect on the buckling loads predicted by both SPLI and modified LBMI methods. Furthermore, the modified LBMI method was employed to evaluate the combination effect of cutout numbers and size on the buckling load. It is shown that in small cutouts, an increasing in the cutout size up to a certain value resulted in a remarkable reduction of the buckling load, and beyond that limit, the buckling loads were constant against D/R ratios. In addition, the cutout number shows a more significant effect on decreasing the buckling load at small D/R ratios than large D/R ratios.
In this study, the influence of silicon contents on the microstructure, mechanical and tribological properties of Ti-Al-Si-N coatings were systematically investigated for application of cutting tools. The composition of the Ti-Al-Si-N coatings were controlled by different combinations of TiAl2 and Ti4Si composite target powers using an arc ion plating technique in a reactive gas mixture of high purity Ar and N2 during depositions. Ti-Al-Si-N films were nanocomposite consisting of nanosized (Ti,Al,Si)N crystallites embedded in an amorphous Si3N4/SiO2 matrix. The instrumental analyses revealed that the synthesized Ti-Al-Si-N film with Si content of 5.63 at.% was a nanocomposites consisting of nano-sized crystallites (5-7 nm in dia.) and a three dimensional thin layer of amorphous Si3N4 phase. The hardness of the Ti-Al-Si-N coatings also exhibited the maximum hardness value of about 47 GPa at a silicon content of ~5.63 at.% due to the microstructural change to a nanocomposite as well as the solid-solution hardening. The coating has a low friction coefficient of 0.55 at room temperature against an Inconel alloy ball. These excellent mechanical and tribological properties of the Ti-Al-Si-N coatings could help to improve the performance of machining and cutting tool applications.
In fine-particle injection processing, hard fine particles, such as silicon carbide or aluminum oxide, are injected - using high-pressure air, and a small amount of material is removed by applying an impact to the workpiece by spraying at high speeds. In this study, a two-axis stage device capable of sequence control was developed to spray various shapes, such as circles and squares, on the surface during the micro-particle jetting process to understand the surface-shape micro-particle-processing characteristics. In the experimental device, two stepper motors were used for the linear movement of the two degree-of-freedom mechanism. The signal output from the microcontroller is - converted into a signal with a current sufficient to drive the stepper motor. The stepper motor rotates precisely in synchronization with the pulse-signal input from the outside, eliminating the need for a separate rotation-angle sensor. The major factors of the processing conditions are fine particles (silicon carbide, aluminum oxide), injection pressure, nozzle diameter, feed rate, and number of injection cycles. They were identified using the ANOVA technique on the design of the experimental method. Based on this, the surface roughness of the spraying surface, surface depth of the spraying surface, and radius of the corner of the spraying surface were measured, and depending on the characteristics, the required spraying conditions were studied.
Fluid jet polishing is a method of jetting a fluid to polish a concave or free-form surface. However, the fluid jet method is difficult to form a stable polishing spot because of the lack of concentration. In order to solve this problem, MR fluid jet polishing system using an abrasive mixed with an MR fluid whose viscosity changes according to the intensity of a magnetic field is under study. MR fluid jet polishing is not easy to formulate for precise optimal conditions and material removal due to numerous fluid compositions and process conditions. Therefore, in this paper, quantitative data on the factors that have significant influence on the machining conditions are presented using various simulations and the correlation studies are conducted. In order to verify applicability of the fabricated MR fluid jet polishing system by nozzle diameter, the flow pattern and velocity distribution of MR fluid and polishing slurry of MR fluid jet polishing were analyzed by flow analysis and shear stress due to magnetic field changes was analyzed. The MR fluid of the MR fluid jet polishing and the flow pattern and velocity distribution of the polishing slurry were analyzed according to the nozzle diameter and the effects of nozzle diameter on the polishing effect were discussed. The analysis showed that the maximum shear stress was 0.45 mm at the diameter of 0.5 mm, 0.73 mm at 1.0 mm, and 1.24 mm at 1.5 mm. The cross-sectional shape is symmetrical and smooth W-shape is generated, which is consistent with typical fluid spray polishing result. Therefore, it was confirmed that the high-quality surface polishing process can be stably performed using the developed system.
The tank engine clutch flange constitutes a tank on which the engine and transmission of the tank are mounted. The engine clutch flange is fabricated using a difficult-to-cut material that exhibits high strength and hardness. It is difficult to process and requires considerable processing expertise. In addition, the engine clutch flange for the tank requires high machining precision because it is a system in which the connection is detachable. Because it requires high processing precision, the measurement of products equally important as processing. However, productivity is low owing to the significant amount of time required to measure each product using a three-dimensional coordinate measuring machine. Hence, this study is conducted to improve the productivity of the female tank engine clutch flange. Dedicated hobs and jigs are designed and manufactured to convert the existing end-mill cutting processing into hobbing cutting processing. An engine clutch for the tanks is manufactured using the manufactured dedicated hob and jig, and the shortening time is verified by measuring the processing time. In addition, a jig for inspection is designed and manufactured to measure the precision of the product. To verify the inspected product, the product precision is measured using a contact-type three-dimensional coordinate measuring machine and a surface roughness measuring instrument. The study confirmed that the productivity of the engine clutch flange product for tanks can be improved by simplifying the process, reducing the processing time, and simplifying product inspection.
An experimental study is carried out to investigate the performance of the cutting tool regarding the insert wear, surface roughness, cutting forces, cutting power and material removal rate of three coated carbides GC2015 (TiCN-Al2O3-TiN), GC4215 (Al2O3-Ti(C,N)) and GC1015 (TiN) during the dry turning of AISI4140 steel. For this purpose, a Taguchi design (L9) was adopted for the planning of the experiments, the effects of cutting parameters on the surface roughness (Ra), tangential cutting force (Fz), the cutting power (Pc) and the material removal rate (MRR) were studied using analysis of variance (ANOVA), the response surface methodology (RSM) was used for mathematical modeling, with which linear mathematical models were developed for forecasting of Ra, Fz, Pc and MRR as a function of cutting parameters (Vc, f, and ap). Then, Multi-Objective Ant Lion Optimizer (MOALO) has been implemented for multi-objective optimization which allows manufacturers to enhance the production performances of the machined parts. Furthermore, in order to characterize and quantify the flank wear of the tested tools, some machining experiments were performed for 5 minutes of turning under a depth of 0.5 mm, a feed rate of 0.08 mm/rev, and a cutting speed of 350 m/min. The wear results led to a ratio (VB-GC4215/VB-GC2015) of 2.03 and (VB-GC1015/VB-GC2015) of 4.43, thus demonstrating the efficiency of the cutting insert GC2015. Moreover, SEM analysis shows the main wear mechanisms represented by abrasion, adhesion and chipping.
1970년대 산업화에 의한 숙련기술인력 수요의 급속한 팽창 및 이와 더불어 추진된 숙련기술인력 양성정책에 힘입은 공업교육은 산업변화와 더불어 변화하고, 필요한 인력을 육성하는 가운데 오랜 정체 상태를 벗어나게 되었다. 이후 공업교육은 국가 경제 정책에 종속됨과 이로부터 벗어남을 반복하며, 부침을 거듭해 왔다. 산업화, 정보화, 지식경제화의 영향에 의한 변화의 격랑 가운데 공업고교 교사로 산다는 것은 무엇일까? 지속된 변화의 와중에서 그들은 무엇을 지키고자 하였으며, 어떤 교사가 되고자 하였을까? 이를 탐구하려는 것이 이 연구의 배경이다. 본 연구의 목적은 공업계 고등학교 기계과 교사의 생애사 연구를 통해 다음 두 가지 문제를 탐구하는 것이다: 기계과 교사로서 겪은 주요한 경험은 무엇인가? 사회와 학교교육 변화의 맥락 속에서 그들의 직업정체성은 어떻게 변화, 형성되었는가? 연구목적을 달성하기 위하여 공업계 고등학교 기계과 교사로서 1970년대에 교직에 입문하여 40년 가까이 그 자리를 지킨 2인을 연구참여자로 선정하여 심층면담을 실시하였고 이를 녹취하여 분석하였다. 심층면담을 통해 얻은 자료 외에 연구참여자의 인사기록카드, 각종 수상기록, 언론기사 등도 분석하였다. 연구 결과 공업계 고교 기계과 교사가 겪은 주요한 교육적 경험은 (1)자격증 취득을 위한 교육 (2)기능반 지도교사 경험 (3)공고 교육의 혁신 경험 (4)새로운 분야에 대한 학습 (5)공업고등학교의 급격한 위상변화에 대한 경험 (6)실습장을 유지관리, 안전사고 예방 경험 등이었다. 공업계 기계과 교사의 교직 경험에 따른 직업정체성은 (1)정체성 표류 (2)정체성 안정 (3)정체성 전환 (4)정체성 유보 (5)정체성 승화 (6)정체성 통합의 과정을 거치면서 형성되고 발달하였다.
본 논문에서는 원자력발전소 1차 계통의 스테인리스강 저합금강 이종금속용접부 및 스테인리스강 동종용접부의 잔류응력을 평가하고 스테인리스강 용접부의 응력부식균열 민감성에 대해 고찰하였다. 노즐 안전단의 이종금속용접부 및 안전단 배관의 동종용접부 제작 및 소재가공에 의행 생성되는 잔류응력을 예측하기 위해 열 탄소성 유한요소법 수치해석을 수행하였으며, 용접공정과 함께 표면의 잔류응력에 기여하는 절삭 및 연삭가공과 소재의 담금질 공정을 열 탄소성적으로 모사하였다. 전산해석 결과, 스테인리스주강의 담금질 잔류응력은 무시할 수 없는 상당한 크기이므로 배관 용접잔류응력 평가 시 소재의 담금질 효과를 고려해야 할 것으로 판단된다. 이종금속 용접과 동종금속 용접공정이 보수용접 없이 정상적인 절차(내면에서 외면으로 적층)로 완성된다면, 냉각재 환경에 노출되는 용접부 내면의 잔류응력은 재료의 응력부식균열 민감성에 영향을 주지 않을 것으로 판단된다. 한편, 안전단 배관 동종용접부의 연삭가공에 의해 내면의 잔류응력이 크게 상승하는 것으로 예측되었으므로, 내면의 연삭가공 이후 표면잔류응력 완화처리(예, 버핑)가 필요하다.
Nanoimprint lithography (NIL) is a novel method of fabricating nanometer scale patterns. It is a simple process with low cost, high throughput and resolution. NIL creates patterns by mechanical deformation of an imprint resist and physical contact process. The imprint resist is typically a monomer or polymer formulation that is cured by heat or UV light during the imprinting process. Stiction between the resist and the stamp is resulted from this physical contact process. Stiction issue is more important in the stamps including narrow pattern size and wide area. Therefore, the antistiction layer coating is very effective to prevent this problem and ensure successful NIL. In this paper, an antistiction layer was deposited and characterized by PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) method for metal stamps. Deposition rates of an antistiction layer on Si and Ni substrates were in proportion to deposited time and 3.4 nm/min and 2.5 nm/min, respectively. A 50 nm thick antistiction layer showed 90% relative transmittance at 365 nm wavelength. Contact angle result showed good hydrophobicity over 105 degree. $CF_2$ and $CF_3$ peaks were founded in ATR-FTIR analysis. The thicknesses and the contact angle of a 50 nm thick antistiction film were slightly changed during chemical resistance test using acetone and sulfuric acid. To evaluate the deposited antistiction layer, a 50 nm thick film was coated on a stainless steel stamp made by wet etching process. A PMMA substrate was successfully imprinting without pattern degradations by the stainless steel stamp with an antistiction layer. The test result shows that antistiction layer coating is very effective for NIL.
1983년 5월부터 1989년 9월까지 본 영남의료원 정형외과에 대퇴골 간부골절시 사용한 금속 내 고정물의 금속 부전으로 입원한 경우 중 부전된 금속의 표면관찰이 가능한 8례에 대한 임상적 고찰 및 부전된 금속 파손 표면의 관찰을 통해 확인한 파손 원인을 요약하면 다음과 같다. 1. 금속 부전이 발생 내고정물의 종류는 압박금속판 5례, Jewett nail 1례, Rowe plate screw 1례, interlocking nail 1례였다. 2. 금속 부전의 임상적 추정에 의한 원인으로는 반대편 피질골 결손 5례, 부적절한 위치선정 1례 및 부적절한 금속선택 1례였다. 3. 금속 내고정후 금속 부전이 되기까지의 기간을 보면, 4개월이 1례, 6개월에서 12개월 사이가 6례, 3년이 1례였다. 4. 부전된 내고정물의 파손면 관찰을 통해 확인한 금속부전의 원인을 보면, 첫째, impact failure 1례 둘째, fatigue failure 6례 machining mark가 있어 이것이 stress riser로서 역할을 한 것으로 보이는 경우가 4례였으며, 이의 형태는 low consistent cyclic fatigue failure와 irregular cyclic fatigue failure의 형태를 관찰할 수 있었다. 셋째, Stress corrosion crack 1례를 관찰할 수 있었다. 5. 316L Stainless Steel은 내부식성이 좋은 금속이지만 fretting에 의해 특유의 부동태 피막이 손상되면 pitting corrosion을 일으키며 경우에 따라서는 파손의 기점으로 작용되어 failure의 주요 원인이 되기도 한다. 6. screw hole의 가공시 기계에 의한 손상 및 기구(implant) 제조 과정중 손상이 plate의 failure를 유발하는 중요한 원인이 될 수도 있다. 기계에 의한 손상은 응력을 집중시키므로 plate가 파손되기 쉽게 한다. 이상의 결과 임상적 추정에 의한 원인 이외에도 부전된 금속파손면 관찰을 통해 중요한 다른 원인을 찾을 수 있었으므로, 금속부전의 예방을 위해 앞으로 이 방향으로의 계속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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