• 제목/요약/키워드: Micro Mechanical Materials Modeling Method

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지도학습 기반 분할기법을 이용한 단층 촬영된 단방향 복합재료의 유한요소모델 생성 및 검증 (Generation and Validation of Finite Element Models of Computed Tomography for Unidirectional Composites Using Supervised Learning-based Segmentation Techniques)

  • 김대의;진성원;김영배;임재혁;김윤호
    • Composites Research
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    • 제36권6호
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    • pp.395-401
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    • 2023
  • 본 연구에서는 지도학습 기반 분할기법을 이용하여 단층 촬영된 단방향 복합재료의 유한요소모델링을 실시하였다. 우선, 단방향 복합재료의 형상 정보를 얻기 위해 Micro-CT 스캔을 수행하여 단방향 복합재료의 순수 체적(raw volume)을 획득하였고 여기에 몇 개의 단면을 선택하여 재료의 마이크로 구조인 섬유의 형상을 라벨링하였다. 이후 재료의 단면 이미지와 라벨링한 이미지를 각각 입출력으로 U-net 모델을 훈련시켰다. 이를 사용하여 선택되지 않은 단층촬영 이미지를 섬유형상을 구분하는 분할을 수행하였고 이렇게 생성된 3차원 정보를 이용해서 유한요소모델을 생성하였다. 최종적으로 단방향 복합재료 시편과 유한요소모델의 섬유체적비를 비교하여 제안된 방법의 적절성을 확인하였다.

MEMS 부품을 위한 다결정 박막의 탄성 물성치 추출 시스템과 다결정 재료의 적용 (Elastic Property Extraction System of Polycrystalline Thin-Films for Micro-Electro-Mechanical System Device and Application to Polycrystalline Materials)

  • 정향남;최재환;정희택;이준기
    • 한국복합재료학회:학술대회논문집
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    • 한국복합재료학회 2004년도 추계학술발표대회 논문집
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    • pp.19-22
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    • 2004
  • A numerical system to extract effective elastic properties of polycrystalline thin-films for MEMS devices is already developed. In this system, the statistical model based on lattice system is used for modeling the microstructure evolution simulation and the key kinetics parameters of given micrograph, grain distributions and deposition process can be extracted by inverse method proposed in the system. In this work, the effective elastic properties of polysilicon, $BaTiO_3\;and\;ZrTiO_4$ are extracted using this system and by employing the fraction of the potential site($f_P$) as a kinetics parameter for the microstructure evolution, the statistical tendency of these materials is studied.

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요소 절단법을 사용한 섬유강화 복합재료의 대규모 통계적 체적 요소 모델 개발 (Development of the Big-size Statistical Volume Elements (BSVEs) Model for Fiber Reinforced Composite Based on the Mesh Cutting Technique)

  • 박국진;신상준;윤군진
    • Composites Research
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    • 제31권5호
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    • pp.251-259
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    • 2018
  • 본 논문에서는 섬유강화복합재의 멀티스케일 해석을 위해 필요한 대규모/소규모 통계적 체적요소 모델을 개발하였다. 미시영역모델의 크기효과를 최소화하기 위해서 섬유를 최대한 포함한 거대모델을 구성하였다. 이를 위해 국부 영역의 요소 절단법을 이용하여 전체 유한요소 크기에 상관없이 신속한 격자 섬유/기지의 모델링이 가능한 요소생성기를 구성하였다. 이를 통해 대규모 통계 체적 모델을 도출하여 체적모델의 크기에 따른 국부하중 공유의 차이를 고찰하고, 섬유방향의 연속체손상역학모델을 BSVEs 모델 해석으로부터 도출 하였다. BSVEs 모델을 보편적인 RVE모델과 비교 검증하였다.

결함을 고려한 결정 재료의 밀리 성형에 관한 연구 (A Study on the Milli-Forming of Crystalline Materials with Damage)

  • 김용일;심경섭;이용신
    • 한국소성가공학회:학술대회논문집
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    • 한국소성가공학회 2003년도 춘계학술대회논문집
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    • pp.120-126
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    • 2003
  • Finite element analysis model is suggested for analysis of milli-forming process, which forms milli-size products. Since the size of workpiece in a milli-forming process ranges from a few hundred micrometers to a few millimeters, microstructural changes such as the growth of micro-voids and the development of preferred orientation in a grain become crucial factors for the success of milli-forming. This analysis model incorporates anisotropy from deformation torture and deterioration of mechanical properties due to the growth of micro-voids. Applications of the proposed modeling to milli-forming are given and the results are carefully examined to understand the deformation characteristics such as texture development and damage evolution during extrusion/drawing of a milli-bar.

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폴리머 적층 시스템과 염 침출법을 결합한 3차원 다공성 인공지지체 제작 (A Study on Fabrication of 3D Porous Scaffold Combined with Polymer Deposition System and a Salt Leaching Method)

  • 심해리;사민우;김종영
    • 한국기계가공학회지
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    • 제15권5호
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    • pp.86-92
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    • 2016
  • In this study, we used a polymer deposition system, based on fused deposition modeling, to fabricate the 3D scaffold and then fabricated micro-pores on a 3D scaffold using a salt leaching method. Materials included polycaprolactone (PCL) and sodium chloride (NaCl). The 3D porous scaffolds were fabricated according to blending ratio such as PCL (70 wt%)/NaCl (30 wt%) and PCL (50 wt%)/NaCl (50 wt%). The 3D porous scaffolds were observed by scanning electron microscopy. The results showed that 3D porous scaffolds had a deposition width of $500{\mu}m$, contained a pore size of $500{\mu}m$ and below $100{\mu}m$. To evaluate the 3D porous scaffolds for bone tissue engineering, we carried out the cell proliferation experiment using a CCK-8 and a mechanical strength test using a universal testing machine. In summary, the 3D porous scaffold was found to be suitable for cancellous bone of human in accordance with the result of in-vitro cell proliferation and mechanical strength. Thus, a 3D porous scaffold could be a promising approach for effective bone regeneration.

압출 적층 조형법과 입자 추출법을 결합한 이중 공극 BCP/Silica 인공지지체의 제작 (Fabrication of BCP/Silica Scaffolds with Dual-Pore by Combining Fused Deposition Modeling and the Particle Leaching Method)

  • 사민우;김종영
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제40권10호
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    • pp.865-871
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    • 2016
  • 조직 공학에서는 전통적인 인공지지체 제작 방식인 가스 발포, 염 침출, 스폰지 복제 그리고 동결주조 법 등이 이용되고 있다. 하지만 다양한 공극 형태 및 크기를 가지고 있어서 세포 상호 작용 효과 및 충분한 기계적 특성에 한계가 있다. 그러나 열 용해 적층 법은 조직공학에서 폴리머 재료를 이용하여 다양한 3차원 인공지지체를 제작할 수 있는 가장 적절한 기술이다. 따라서 본 연구에서는 PCL 몰드를 제작하고 실리카와 알긴산 나트륨 염을 포함하는 세라믹 슬러리를 제조하여 몰드에 주입시켰으며, 1일 동안 자연 건조를 시켰다. 제작된 3차원 슬러리 몰드는 PCL 몰드의 제거 및 슬러리를 경화시키기 위해 $100^{\circ}C$의 오븐에서 2시간 열처리 되었고, 열처리 후에 $1100^{\circ}C$에서 소결되었다. 제작된 인공지지체는 주사전자현미경을 통해 관찰되었고, 압축 시험을 통해 알긴산 나트륨 염의 혼합량에 따른 인공지지체의 기계적 특성은 평가되었다.

Nonlinear large deformation dynamic analysis of electroactive polymer actuators

  • Moghadam, Amir Ali Amiri;Kouzani, Abbas;Zamani, Reza;Magniez, Kevin;Kaynak, Akif
    • Smart Structures and Systems
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    • 제15권6호
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    • pp.1601-1623
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    • 2015
  • Electroactive polymers have attracted considerable attention in recent years due to their sensing and actuating properties which make them a material of choice for a wide range of applications including sensors, biomimetic robots, and biomedical micro devices. This paper presents an effective modeling strategy for nonlinear large deformation (small strains and moderate rotations) dynamic analysis of polymer actuators. Considering that the complicated electro-chemo-mechanical dynamics of these actuators is a drawback for their application in functional devices, establishing a mathematical model which can effectively predict the actuator's dynamic behavior can be of paramount importance. To effectively predict the actuator's dynamic behavior, a comprehensive mathematical model is proposed correlating the input voltage and the output bending displacement of polymer actuators. The proposed model, which is based on the rigid finite element (RFE) method, consists of two parts, namely electrical and mechanical models. The former is comprised of a ladder network of discrete resistive-capacitive components similar to the network used to model transmission lines, while the latter describes the actuator as a system of rigid links connected by spring-damping elements (sdes). Both electrical and mechanical components are validated through experimental results.

Effective electromechanical coupling coefficient of adaptive structures with integrated multi-functional piezoelectric structural fiber composites

  • Koutsawa, Yao;Tiem, Sonnou;Giunta, Gaetano;Belouettar, Salim
    • Smart Structures and Systems
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    • 제13권4호
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    • pp.501-515
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    • 2014
  • This paper presents a linear computational homogenization framework to evaluate the effective (or generalized) electromechanical coupling coefficient (EMCC) of adaptive structures with piezoelectric structural fiber (PSF) composite elements. The PSF consists of a silicon carbide (SiC) or carbon core fiber as reinforcement to a fragile piezo-ceramic shell. For the micro-scale analysis, a micromechanics model based on the variational asymptotic method for unit cell homogenization (VAMUCH) is used to evaluate the overall electromechanical properties of the PSF composites. At the macro-scale, a finite element (FE) analysis with the commercial FE code ABAQUS is performed to evaluate the effective EMCC for structures with the PSF composite patches. The EMCC is postprocessed from free-vibrations analysis under short-circuit (SC) and open-circuit (OC) electrodes of the patches. This linear two-scale computational framework may be useful for the optimal design of active structure multi-functional composites which can be used for multi-functional applications such as structural health monitoring, power harvest, vibration sensing and control, damping, and shape control through anisotropic actuation.

TEM 정밀 시편 제작용 몰리브덴 합금 미세 고정 부품의 제작을 위한 절삭 가공 방법에 관한 연구 (A study on machining method about molybdenum alloy micro fixing part for TEM precision specimen.)

  • 김기범;이창우;이해진;함민지;김건희
    • Design & Manufacturing
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    • 제11권3호
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    • pp.19-24
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    • 2017
  • In these days, increase requirement of TEM (Transmission Electro Microscope) in not only scientific field but also industrial field. Because TEM can measure inner-structure of specimen a variety of materials like metal, bio. etc. When use TEM, specimen should be thin about 50nm. So making for thin specimen, use Ion milling device that include specimen holder. The holder generally made of Aluminium Aluminium holder is worn away easily. For this reason, using time of ion milling with aluminum holder is too short. To solve the problem, we replace aluminium holer to molybdenum alloy holder. In this paper, we design molybdenum alloy holer for CAM and modify CAD modeling for effective machining process. So we array a specimen 3 by 4 and setup orientation for one-shot machining process. Next we make a CAM program for machining. we making a decision two machining strategy that chose condition of tool-path method, step-down, step-over. etc. And then conduct machining using CNC milling machining center. To make clear difference between case.1 and case.2, we fixed machining conditions like feed-rate, main spindle rpm, etc. After machining, we confirm the condition of workpiece and analysis the problems case by case. Finally, case.2 work piece that superior than case.1 cutting with WEDM because that method can not ant mechanical effect on workpiece.

소성 구배의 영향을 고려한 다결정 고체 내부의 결정 거동 분석 (Evaluation of Effect of Plastic Gradient on the Behavior of Single Grain inside Polycrystalline Solids)

  • 정상엽;한동석
    • 한국방재학회 논문집
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    • 제11권2호
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    • pp.39-44
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    • 2011
  • 마이크로 스케일에서 다결정 재료의 소성 거동을 살펴볼 때, 결정의 geometrically necessary dislocation(GND) 효과에 의한 소성 구배(plastic gradient)를 고려하는 것은 재료의 소성 거동에 큰 영향을 줄 수 있다. 이러한 영향을 확인하기 위하여, 본 연구에서는 소성 구배의 영향을 고려한 다결정 고체(polycrystalline solids)의 거동을 유한요소해석을 이용하여 살펴보았다. 소성 구배의 영향을 살펴보기 위해 구배 경화 계수(gradient hardness coefficient)와 먼 거리 변형률에 대한 재료 길이 변수 (material length parameter)가 사용되었다. 재료 길이 변수에 의한 영향을 확인하기 위해, 재료 길이 변수의 차이에 따른 다결정 고체의 거동을 분석하였다. 또한 소성 구배 효과의 고려 및 재료 길이 변수에 따른 다결정 고체 내부에 위치한 단결정이 받는 영향을 살펴보았다. 재료 길이 변수에 따라 결정이 받는 영향을 비교하여, GND에 의한 다결정 고체 거동의 영향을 확인하였다.