In this study, we propose a biomimetic optical structure design methodology for investigating micro-optical mechanisms associated with the compound eyes of insects. With these compound eyes, insects can respond fast while maintaining a wide field of view. Also, considerable research attention has been focused on the insect compound eyes to utilize these benefits. However, their nano micro-structures are complex and challenging to demonstrate in real applications. An effectively integrated design methodology is required considering the manufacturing difficulty. We show that photorealistic ray-traced visualization is an effective method for designing the biomimetic of a micro-compound eye of an insect. We analyze the image formation mechanism and create a three-dimensional computer-aided design model. Then, a ray-trace visualization is applied to observe the optical image formation. Finally, the segmented images are stitched together to generate an image with a wide-angle; the image is assessed for quality. The high structural similarity index (SSIM) value (approximately 0.84 to 0.89) of the stitched image proves that the proposed MATLAB-based image stitching algorithm performs effectively and comparably to the commercial software. The results may be employed for the understanding, researching, and design of advanced optical systems based on biological eyes and for other industrial applications.
Kim, Myung-Jun;Park, Sung-Ho;Park, Jung-Sun;Lee, Woo-Il;Kim, Min-Sung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.1
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pp.17-24
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2013
In this paper, a micro-mechanical failure prediction program is developed based on SIFT (Strain Invariant Failure Theory) by using the multi-scale modeling method for fiber-reinforced composite materials. And the failure analysis are performed for open-hole composite laminate specimen in order to verify the developed program. First of all, the critical strain invariants are obtained through the tensile tests for three types of specimens. Also, the matrices of strain amplification factors are determined through the finite element analysis for micro-mechanical model, RVE (Representative Volume Element). Finally, the microscopic failure analysis is performed for the open-hole composite laminate specimen model by applying a failure load obtained from tensile test, and the predicted failure indices are evaluated for verification of the developed program.
Trabecular bone can be accurately represented using image-based finite element modeling and analysis of these bone models is widely used to predict their mechanical properties. However, the choice of thresholding technique, a necessary step in converting grayscale images to finite element models which can thus significantly influence the structure of the resulting finite element model, is often overlooked. Therefore, we investigated the effects of thresholding techniques on micro-computed tomography (micro-CT) based finite element models of trabecular bone. Three types of thresholding techniques were applied to micro-CT images of trabecular bone which resulted in three unique finite element models for each specimen. Bone volume fractions and apparent moduli were predicted for each model and compared to experimental results. Our findings suggest that predictions of apparent properties agree well with experimental measurements regardless of the choice of thresholding technique in micro CT images of trabecular bone.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.1
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pp.22-30
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2004
A micro-fluidic oscillator is used to control a linear actuator in a dynamic microsystem. The pressure difference at its two output ports causes the linear actuator to move, and it is a standard of judging the performance of the oscillator. The performance can be improved by optimizing the geometry of the oscillator, which has to enable fluid jet to switch at low inlet velocity. For this, in this study the relationship between the pressure coefficient (difference) and geometric parameters is obtained through the analysis using the software FLUENT. From the results the optimized model that maximize the output pressure difference is obtained by using a cyclic coordinate method that is one of optimization methods. As a result not only the performance is improved, but also the working range is more widen.
Park, Jae-Hak;Jung, Jong-Chul;Huh, Kun-Soo;Chung, Chung-Choo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.472-477
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2003
A piezo-actuator is an important component for an E-beam lithography system. But it is very difficult to model its characteristics due to nonlinearities such as hysteresis and creep, to the input voltage. In this paper, one-axis micro stage with a piezo-actuator is modeled including the nonlinear properties. Hysteresis and creep are modeled as the first order differential equation and a time-dependent logarithmic function, respectively. The dynamic motion of the stage is also modeled as a mass-spring-damper system and the parameters are determined by utilizing the system identification technique. The simulation tool for a micro stage is constructed using the commercial software and its simulation results are compared with the experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.5
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pp.564-571
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1985
The estimation of fracture toughness in inhomogeneous material is still insufficient because it is difficult to get information of fracture initiation at the crack tip. Therefore, martensite-ferrite dual phase steel was prepared for a model material and micro-fracture behavior was investigated in the region of pre-fatigue crack in order to understand the characteristic of fracture resistance in inhomogeneous materials. In the case of severely inhomogeneous state, micro-fracture appearance is not distributed homogenously so that the estimation of fracture toughness is hardly possible. On the other hand when the grain size is refined or the strength of martensite is lowered, micro-fracture appearance is distributed homogenously and fracture toughness remarkably increases.
In this study, free vibration of functionally graded (FG) micro/nanobeams based on nonlocal third-order shear deformation theory and under different boundary conditions is investigated by applying the differential quadrature method. Third-order shear deformation theory can consider the both small-scale effects and quadratic variation of shear strain and hence shear stress along the FG nanobeam thickness. The governing equations are obtained by using the Hamilton's principle, based on third-order shear deformation beam theory. The differential quadrature (DQ) method is used to discretize the model and attain the natural frequencies and mode shapes. The properties of FG micro/nanobeam are assumed to be chanfged along the thickness direction based on the simple power law distribution. The effects of various parameters such as the nonlocal parameter, gradient index, boundary conditions and mode number on the vibration characteristics of FG micro/nanobeams are discussed in detail.
The micro permanent magnet(PM) type stewing motor preferred solution for many small electronics position determination devices since it is small in size. Thus, there are growing demands for PM type stepping motor that greater mechanical output, smaller size. But, the design of the it, having high performance and small size is very difficult because of its complex mechanical structure. This paper deals with a development of the newly structured micro PM type stepping motor with claw-poles. We introduced the small-sized PM type stepping motor that has new structure and analyzed the magnetic characteristic of it versus general type model using 3-D finite element analysis(FEA).
A precise bonding technique, transmission laser bonding using energy transfer, for polymer micro devices is presented. The irradiated IR laser beam passes through the transparent part and absorbed on the opaque part. The absorbed energy is converted into heat and bonding takes place. In order to optimize the bonding quality, the temperature profile on the interface must be obtained. Using optical measurements of the both plates, the absorbed energy can be calculated. At the wavelength of 1100nm $87.5\%$ of incident laser energy was used for bonding process from the calculation. A heat transfer model was applied for obtaining the transient temperature profile. It was found that with the power of 29.5 mW, the interface begins to melt and bond each other in 3 sec and it is in a good agreement with experiment results. The transmission IR laser bonding has a potential in the local precise bonding in MEMS or Lab-on-a-chip applications.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.207-210
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2002
Metal matrix composites(MMCs) are increasingly attractive for high technology components such as aerospace applications and transportations due to their high strength, stiffness, and toughness. Many processes for fabricating MMCs have been developed, and relatively simple Foil-Fiber-Foil method is usually employed in solid state consolidation processes. During the consolidation processes at high temperature, densification occurs by the inelastic flow of the matrix materials, and the process is coupled with the conditions of pressure, temperature and volume fraction of fiber and matrix materials. This is particularly important in titanium matrix composites, and thus a generic model based on micro-mechanical approaches enabling the evolution of density over time to be predicted has been developed. The mode developed is then implemented into FEM so that practical process simulation has been carried out. Further the experimental investigation of the consolidation behavior of SiC/Ti-6Al-4V composites using vacuum hot pressing has been performed, and the results obtained are compared with the model predictions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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