Ionic polymer-metal composite (IPMC) actuator generates bending actuation via ion/water flux to the cathode side under an electric field. Polyelectrolytes in IPMC should possess high water-retention capability, proton conductivity, and Young's modulus. In this study. for endowing IPMCs with these properties, Nafion-alumina composite membranes containing $\alpha$- or $\gamma$-aluminas of $4{\sim}8$ wt% were prepared. Mechanical moduli of Nafion-alumina composite membranes were $7{\sim}3$ MPa higher than that of Nafion, with the slight decrease in proton conductivity. At DC 3 V. the actuation performance of the Nafion-$\alpha$-alumina (8 wt%)-IPMC was superior to that of the typical Nafion-IPMC. exhibiting 2.7 times the displacement with an enhanced blocking force. The enhanced actuation performance with the Nafion-$\alpha$-alumina composite membranes was attributed to the higher proton conductivity, the elevated ion/water flux, and the lower interfacial electric resistance of platinum electrodes and membrane, compared with those containing $\gamma$-alumina.
Park, Hye-Sun;Kim, So-Young;Lim, Myung-Kwan;Choi, Donguk
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.20
no.6
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pp.30-39
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2016
An experimental study was performed to investigate flexural performance and bond characteristics of RC beams strengthened using ductile polyethylene terephthalate(PET) with low elastic modulus. Bond tests were planned and completed following CSA S806. Test variables were fiber type and fiber amount. Also, total of 8 RC beams was tested. Major test variables of the beam tests included section ductility(${\mu}=3.4$, 7.0), fiber type(CF, GF, PET) and amount of fiber strengthening. Moment-curvature analyses of the beam sections were also performed. In bond tests, the bond stress distribution as well as the maximum bond stress increased with increasing amount of PET. In case of 10 layers of PET, the effective bond length was 60 mm with the maximum and the average bond stress of 2.33 and 2.10 MPa, respectively. RC beam test results revealed that the moment capacity of the RC beams strengthened using PET 10 and 20 layers increased over the control beam with little reduction in ductility by fiber strengthening. All beams strengthened using PET resulted in ductile flexural failure without any sign of fiber debonding or fiber rupture. It was important to include the mechanical properties of adhesive in the moment-curvature analysis of PET-strengthened beam sections.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.389-398
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2006
Structural optimization design has been developed with finite element analysis using effective and fast computational technology. Especially topology optimization design has been recently often used since it yields an optimal topology as well as an optimal shape under satisfied constraints. In general in finite element analysis, it is assumed that the structural material properties such as Young's modulus and Poisson's ratio and the variable of applied loading are fixed with obvious values in structure. However practically these values may take uncertainties because of environmental effect or manufactural error of structures. Therefore static or dynamic analysis of the structures may make an error, then finally it may have an influence on qualify of optimal design. In this study, the topology optimization design of structure is carried out using so called the interval finite element method, and the analysis method Is proposed. The results are also validated by comparing with conventional topology optimization results of density distribution method and finite element analysis results. The present method can be used to predict the optimal topology of linear elastostatic structures with respect to structural uncertainty of behavior.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.44
no.2
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pp.133-139
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2018
Chemically damaged hair is vulnerable to external stimuli in daily life due to the weakened physical properties of the hair strand itself. The purpose of this work was to determine whether chemical conjugation between hair keratin proteins restores tensile strength and thus results inpreventing further deterioration under repeated combing. A model damaged hair tress was produced by a typical perm-process. Then, it was internally crosslinked by the bifunctional crosslinker (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), via both silane coupling and carbodiimide chemistry. Physical properties, including tensile strength, Young's modulus, and plateau stress, were measured to verify the effect of internal crosslinking, and the existence of crosslinking was verified by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The degrees of hair breakage and split ends were evaluated by repeated combing-drying tests. Physical properties of chemically damaged hair were restored by internal crosslinking. Successful crosslinking of APTES via both silane coupling and carbodiimide chemistry was verified by FT-IR spectra. Prevention of breakage and split ends after repeated combing with heat was observed. Human hair can be weakened by chemical damage including perm-processing, so restoring such properties is a major issue in the hair care industry. This work shows that internal crosslinking of damaged hair via chemical conjugation would be a potent method to restore the healthy hair.
Kim, HyeokJin;Kim, Jin Chul;Chang, SangMok;Seo, BongKuk
Applied Chemistry for Engineering
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v.27
no.2
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pp.221-226
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2016
Production of eco-friendly and biologically harmless materials is strongly required in all industries. In particular, reducing volatile organic compounds in coating processes is extremely important to secure worker's safety. During recent two decades, extensive research works on water-borne polyurethane dispersion (PUD) have been continuously developed as an alternative to solvent-borne polyurethane. However, PUD was shown inferior mechanical properties to the organic solvent-borne polyurethane due to a limit to the molecular weight increase, which resulted in the limit of applications. To overcome this drawback, several approaches have been examined such as polymer blends and thermal/radiation induced crosslinking. Among these methods, the radiation curing system was suitable for industrialization because of the high crosslinking density and fast curing speed. In this study, we overcame the drawback for PUD via introducing benzophenone radiation curable units to PUD. We synthesized PUD films which possessed good dispersion in water for 30 days, increased Tg and Td more than $5^{\circ}C$ after UV curing film as well as improved young's modulus more than double.
Metamaterials are complexes of elements that can create properties not found in naturally occurring materials, such as changing the direction of forces, creating negative stiffness, or altering vibration and impact properties. In the case of wood pile metamaterials that are easy to manufacture and have excellent performance in reducing vibration and shock in the vertical direction, basic research on variables affecting shock transmission is needed to reduce shock. Although research on impact reduction according to geometrical factors is being conducted recently, studies on the effect of material variables on impact reduction are insufficient. In this paper, finite element analysis was carried out by variablizing the geometrical properties (lamination angle, diameter, length) and material properties (modulus of elasticity, specific gravity, Poisson's ratio) of wood pile cylinders. Through finite element analysis, the shape of the wooden pile cylinder delivering impact was confirmed, and the effect of each variable on the reduction of impact force and energy was considered through main effect diagram analysis, and frequency band analysis was performed through fast Fourier transform. proceeded In order to reduce the impact force and vibration, it was found that the variables affecting the contact area of t he cylinder have a significant effect.
Seungbeom Choi;Taehyun Kim;Saeha Kwon;Jin-Seop Kim
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.3
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pp.109-125
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2023
Disposal repository for high-level radioactive waste secures its safety by means of engineered and natural barriers. The performance of these barriers should be tested and verified through various aspects in terms of short and/or long-term. KAERI has been conducting various in-situ demonstrations in KURT (KAERI Underground Research Tunnel). After completing previous experiment, a conceptual design of an improved in-situ experiment, i.e. K-COIN (KURT experiment of THMC COupled and INteraction), was established and detailed planning for the experiment is underway. Preliminary characterizations were conducted in KURT for siting a K-COIN test site. 15 boreholes with a depth of about 20 m were drilled in three research galleries in KURT and intact rock specimens were prepared for laboratory tests. Using the specimens, physical measurements, uniaxial compression, indirect tension, and triaxial compression tests were conducted. As a result, specific gravity, porosity, elastic wave velocities, uniaxial compressive strength, Young's modulus, Poisson's ratio, Brazilian tensile strength, cohesion, and internal friction angle were estimated. Statistical analyses revealed that there did not exist meaningful differences in intact rock properties according to the drilled sites and the depth. Judging from the uniaxial compressive strength, which is one of the most important properties, all the specimens were classified as very strong rock so that mechanical safety was secured in all the regions.
This study is to evaluate the physical and mechanical properties on the Ipseok-dae columnar joints of Mt. Mudeung National Park. For these purposes, physical and mechanical properties as well as discontinuity property on the Mudeungsan tuff, measurement of vibration and local meteorology around columnar joints, and ground deformation by self-weight of columnar joints were examined. For the physical and mechanical properties, average values were respectively 0.65% for porosity, 2.69 for specific gravity, 2.68 g/cm3 for density, and 2411 m/s for primary velocity, 323 MPa for uniaxial compressive strength, 81 GPa Young's modulus, and 0.25 for Poisson's ratio. For the joint shear test, average values were respectively 3.15 GPa/m for normal stiffness, 0.38 GPa/m for shear stiffness, 0.50 MPa for cohesion, and 35° for internal friction angle. The JRC standard and JRC chart was in the range of 4~6, and 1~1.5, respectively. The rebound value Q of silver schmidt hammer was 57 (≒ 90 MPa). It corresponds 20% of the uniaxial compressive strength of intact rock. The maximum vibration value around the Ipseok=dae columnar joints was in the range of 0.57 PPV (mm/s)~2.35 PPV (mm/s). The local meteorology of surface temperature, air temperature, humidity, and wind on and around columnar joints appeared to have been greatly influenced the weather on the day of measurement. For the numerical analysis of ground deformation due to its self-weight of the Ipseok-dae columnar joints, the maximum displacement of the right ground shows when the ground distance is approximately 2 m, while drastically decreased by 2~4 m, thereafter was insignificant. The maximum displacement of the middle ground shows when the ground distance is approximately 0~2 m, while drastically decreased by 3~10 m, thereafter was insignificant. The maximum displacement of the left ground shows when the ground distance is approximately 5~6 m, while drastically decreased by 6~10 m, thereafter was insignificant.
An ester-carbonate copolymer was synthesized, in which carbonate was inserted into a biodegradable aliphatic polyester, poly(butylene succinate) (PBS), to modify its mechanical properties. The synthesis was carried out by condensation reactions in two steps. In the first step, oligo(butylene succinate) was prepared by the reaction of succinic acid with 1,4-butanediol (BD). In the second step, it was reacted with oligohexamethylenecarbonate diol (OHMCG) to prepare the ester-carbonate copolymer. Titanium(IV) isopropoxide (TIP) was used as a catalyst for the reaction. The structure of the copolymer was confirmed by FT-IR and $^1H$-NMR and the thermal behavior and mechanical properties were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and universal testing machine (UTM), respectively. It was found that optimum amount of the catalyst for the formation of high molecular weight copolymer was 1wt% for succinic acid. When the BD:OHMCG is in the range 149:1~249:1, the copolymer with high viscosity was obtained. As the OHMCG content was increased, melting temperature ($T_m$) of the copolymer was decreased. When BD:OHMCG is 149:1, the copolymer showed a increase in ultimate strain by two times and the slight decrease in modulus compared to those of PBS.
Purpose: This study compared the effects of non-cold and cold conditions on the viscoelastic properties of tendon structures in vivo. Methods: Seven male subjects perfomed plantar flesion exercise with maximal isokinetic voluntary contraction, which consisted of muscle contraction for 6 see and relaxation for 60 secs, 10 times for 1 set, Totally 10 sets were repeated. Before and after each task, the elongation of the tendon and aponeurosis of the medial gastrocnemius muscle (MG) was directly measured by ultrasonography. (The relationship between the estimated tendon force and tendon elongation.) Tendon cross-sectional area and ankle joint moment arm were obtained from magnetic resonance imaging (MRI). The tendon force was calculated from the joint moments and the tendon moment arm and stress was obtained by dividing force by cross-sectional areas (CSA). The strain was measured from the displacements normalized to tendon length. Results: After cooling, the tendon force was larger in cold than non-cold. The value of the tendon stiffness of MVC were significantly higher under the cold condition than under the non-cold condition. The maximal strain and stress of $7.4{\pm}0.7%$ and $36.4{\pm}1.8$ MPa in non-cold and $7.8{\pm}8.5%,\;31.8{\pm}1.1$ MPa in cold (P<0.05). Conclusion: This study shows for the first time that the muscle endurance in cooling increases the stiffness and Young's modulus of human tendons. The improvement in muscle endurance with cooling was directly related to muscle and tendon.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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