• 한국정밀공학회지
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• 제29권2호
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• pp.178-184
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• 2012

This paper presents a transformable track mechanism for wall climbing robots. The proposed mechanism allows a wall climbing robot to go over obstacles by transforming the track shape, and also increases contact area between track and wall surface for safe attachment. The track mechanism is realized using a timing belt track with one driving actuator. The inner frame of the track consists of serially connected 5R-joints and 1P-joint, and all joints of the inner frame are passively operated by springs, so the mechanism does not require any actuators and complex control algorithms to change its shape. Static analysis is carried out to determine design parameters which enable $90^{\circ}$ wall-to-wall transition and driving over projected obstacles on wall surfaces. A Prototype is manufactured using the transformable track on which polymer magnets are installed for adhesion force. The size of the prototype is $628mm{\times}200mm{\times}150mm$ ($Length{\times}Width{\times}Height$) and weight is 4kgf. Experiments are performed to verify its climbing capability focusing on $90^{\circ}$ wall to wall transition and driving over projected obstacle.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제20권12호
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• pp.1128-1138
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• 2010

정밀 방진에서 전형적인 문제로 고하중으로 인한 저주파 공진 특성이 있다. 전자기 에어 스프징은 진동 제어 장치이자 능동형 방진 장치이다. 이 연구에서 전자기 에어 스프링은 반도체 생산을 위한 저주파 공진을 제거하는 것을 목적으로 한다. 능동형 방진 장치로 기계 및 전가 부분은 2.5톤의 하 중에 작동되도록 설계하였다. 전자기 스프링은 탄성 공압 챔버 내에 공기압을 이용하여 띄우고, 전자기 된 시스템에 의하면 공진 주파수 영역에서 제어 시간 및 최고 피크가 상당히 줄어들었고, 그 결과 피동형 시스템 상의 고유 진동에 의해 발생되는 공진을 피할 수 있음을 보였다.

• 한국진공학회지
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• 제12권2호
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• pp.144-149
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• 2003

주사전자현미경을 이용한 전자빔의 직접조사에 의해 실리콘 캔틸레버 위에 탄소상 탐침을 성장하였다. 오일확산 펌프의 잔류가스 분위기에서 실리콘 캔틸레버와 전자빔을 수직으로 정렬한 다음 전자현미경의 스폿 모드를 통해 전자빔을 일정시간 동안 조사시켜 탄소상 탐침을 성장시켰다. 주사전자현미경의 제어변수인 조사시간, 가속전압, 방출 전류, 전자빔 프로브 전류 등을 변화시킴으로써 다양한 종횡비를 가지는 탐침을 성장시킬 수 있었으며, 성장 위치의 표면 형상과 무관하게 탐침을 성장시킬 수 있었다. 그 결과 유효길이 0.5 $\mu\textrm{m}$, 바닥직경 90 nm,콘의 반각 $3.5^{\circ}$인 탐침을 성장시켰다. 탐침이 없는 캔틸레버에 고종횡비 탄소상 탐침을 성장시킬 수 있는 기술은 PZT 박막구동기가 집적화된 AFM 캔틸레버의 탐침 형성 과정에서 발생하는 제작과정의 번거로움을 극복하는데 적용될 수 있다.

• 한국진공학회지
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• 제21권6호
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• pp.287-294
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• 2012

위성체가 작동하는 우주환경인 초고진공상태에서는 각 부품에서 발생 할 수 있는 기체방출로 인해 위성체가 오염되어 위성체의 성능이 저하될 수 있으며, 특히 광학렌즈를 오염시킴으로써 위성체 본연의 임무수행 실패라는 결과를 초래할 수도 있다. 최근 항공우주분야에서 활용 범위가 넓어지고 있는 PZT-5 계열 압전진동자의 위성부품 활용성 연구를 위하여 먼저 Collected Volatile Condensable Material 및 Total Mass Loss을 측정하여 규정된 0.1% 및 1.0% 이하의 값을 얻었고, 한국항공우주연구원에 설치된 베이크아웃(bake-out) 챔버를 이용하여 고온 및 고진공상태에서 500 $ng/cm^2/hr$ 이하의 낮은 Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance 값을 얻어 위성체 부품으로의 적합성을 재확인하였다. 압전진동자에 대한 고진공 환경 전후의 압전 특성을 비교 분석한 결과 진공환경에 의한 전기-기계적 특성은 1% 미만으로 큰 변화가 없음을 확인하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제18권1호
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• pp.139-154
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• 2016

This paper is concerned with the dynamics of hyperelastic solids and structures. We seek for a smart control actuation that produces a desired (prescribed) displacement field in the presence of transient imposed forces. In the literature, this problem is denoted as displacement tracking, or also as shape morphing problem. One talks about shape control, when the displacements to be tracked do vanish. In the present paper, it is assumed that the control actuation is provided by imposed eigenstrains, e.g., by the electric field in piezoelectric actuators, or by thermal actuators, or via analogous physical effects, such as magneto-striction or pre-stress. Structures with a controlled eigenstrain-type actuation belong to the class of smart structures. The action of the eigenstrains can be conveniently characterized by actuation stresses. Our theoretical derivations are performed in the framework of the theory of small incremental dynamic deformations superimposed upon a statically pre-deformed configuration of a hyperelastic solid or structure. We particularly ask for a distribution of incremental actuation stresses, such that the incremental displacements follow exactly a prescribed trajectory field, despite the imposed incremental forces are present. An exact solution of this problem is presented under the assumption that the actuation stresses can be tailored freely and applied everywhere within the body. Extending a Neumann-type solution strategy, it is shown that the actuation stresses due to the distributed control eigenstrains must satisfy certain quasi-static equilibrium conditions, where auxiliary body-forces and auxiliary surface tractions are to be taken into account. The latter auxiliary loading can be directly computed from the imposed forces and from the desired displacement field to be tracked. Hence, despite the problem is a dynamic one, a straightforward computation of proper actuator distributions can be obtained in the framework of quasi-static equilibrium conditions. Necessary conditions for the functioning of this concept are presented. Particularly, it must be required that the intermediate configuration is infinitesimally superstable. Previous results of our group for the case of shape control and displacement tracking in linear elastic structures are included as special cases. The high potential of the solution is demonstrated via Finite Element computations for an irregularly shaped four-corner plate in a state of plain strain.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제2권4호
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• pp.319-338
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• 2015

The electro-mechanical impedance (EMI) technique makes use of surface-bonded lead zirconate titanate (PZT) patches as impedance transducers measuring impedance variations monitored on host structural components. The present experimental work further evaluate an alternative to the conventional EMI technique which performs measurements of the variations in the output voltage of PZT transducers rather than computing electromechanical impedance (or admittance) itself. This paper further evaluates a variant of the EMI approach presented in a previous work of the present authors, suitable, for low-cost concrete structures monitoring applications making use of a credit card-sized Raspberry Pi single board computer as core hardware unit. This monitoring approach is also deployed by introducing a new damage identification index based on the ratio between the area of the 2-D error ellipse of specific probability of EMI-based measurements containment over that of the 2-D error circle of equivalent probability. Experimental results of damages occurring in concrete cubic and beam specimens are investigated under increasing loading conditions. Results illustrate that the proposed technique is an efficient approach for identification and early detection of damage in concrete structures.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제18권11호
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• pp.1157-1169
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• 2008

This paper presents spectral element formulation which approximates Lamb wave propagation by PZT transducers bonded on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by a piezoelectric (PZT) layer rigidly bonded on a base plate. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Euler-Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with the electro-mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are obtained through equations of motions converted into frequency domain. Detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through numerical examples.

• 한국추진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.12-17
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• 2018

고체 로켓추진기관을 이용한 자연공동형 수중운동체를 수중주행 시험하였다. 수중운동체의 속도 및 주행거리를 측정하고, 수중운동체 표면에 설치한 압력센서로 초공동의 발달에 따른 표면 압력 변화를 조사하였고, 수중카메라로 수중운동체에 초공동이 발생하여 진행하는 과정을 기록하였으며, 이를 이차원 비점성 이론해석법에 근거한 CNU-SuperCT 프로그램을 사용하여 계산한 시뮬레이션 결과와 비교하였다. CNU-SuperCT 프로그램은 수중운동체의 조종면을 포함하지 않고 계산하는 것을 고려하면, 시뮬레이션 결과와 측정결과가 잘 맞는다고 판단되며, 수중촬영결과도 이와 동일한 결과를 보인다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권11호
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• pp.1349-1354
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• 2013

고온의 가스유로를 조절하는 개폐식(On-Off)밸브의 구동축과 라이너 사이에 위치하여 구동장치로의 고온 가스유입을 방지하는 기밀 소재에 대하여 연구하였다. 기밀 소재로 사용된 그라파이트(Graphite)는 구동장치에 의한 구동축의 지속적인 움직임으로 인해 마모가 발생한다. 본 논문은 고온가스 조절 밸브 내의 기밀 소재로 사용된 그라파이트(Graphite, HK-6)에 대한 상 고온 마모 특성을 평가하였다. 구동축의 소재인 레늄합금(W-25Re)에 대하여 그라파이트의 마모 시험을 수행하고 마찰계수와 비마모율을 비교하였다. 상온과 실제 작동 환경인 고온 $485^{\circ}C$에서 미끄럼속도와 접촉하중의 변화에 따른 마찰계수와 비마모율을 평가하였다. 마모표면의 SEM 분석을 통하여 상 고온 마모표면에 관찰되는 third body 를 확인하고 이로 인한 윤활효과를 고찰하였다.

• 접착 및 계면
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• 제9권3호
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• pp.20-26
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• 2008

형상기억합금(SMA)의 구조는 부가된 온도 혹은 응력에 의해 마텐자이트로부터 오스테나이트로의 변화가 가능하다는 것은 잘 알려져 있다. 형상기억합금섬유의 자체 형상회복력으로 인해 응력과 온도가 적용되는 동안에 응력이나 경화 모니터링 센서 또는 작동기로서 사용되었다. 초탄성 현상은 연속적인 기계적 하중 하에서나 온도변화 중에 응력-변형률 곡선에서 확인되었다. 반복하중 실험을 통해 응력-변형률 곡선에서 나타난 초탄성 현상 구간이 나타나는 응력 이력현상이 발생함을 확인하였다. 이것은 형상기억합금섬유 혹은 에폭시에 함침된 형상기억합금섬유 복합재료가 반복하중으로 계면물성 저하로 인한 형상기억 회복 성능의 저하를 의미한다. 강성도가 큰 에폭시 사용과 형상기억합금섬유의 표면처리 이후 형상기억합금섬유와 에폭시 사이의 계면결합력의 증대에도 불구하고 유사한 불완전한 초탄성을 보여 주었다. 단-형상기억합금섬유/에폭시 복합재료 내부에 남은 잔류 열과 이에 따른 잔류 응력으로 인해 에폭시에 함침된 단-형상기억합금섬유에서는 경화과정에서 불완전한 회복을 나타났다.