• 한국분말재료학회지
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• 제25권6호
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• pp.507-513
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• 2018

This study investigates the viability of using a Na-ion battery with a tin(Sn) anode to mitigate the vulnerability caused by volume changes during discharge and charge cycling. In general, the volume changes of carbon material do not cause any instability during intercalation into its layer structure. Sn has a high theoretical capacity of $847mAh\;g^{-1}$. However, it expands dramatically in the discharge process by alloying Na-Sn, placing the electrode under massive internal stress, and particularly straining the binder over the elastic limit. The repeating strain results in loss of active material and its electric contact, as well as capacity decrease. This paper expands the scope of fabrication of Na-ion batteries with Sn by fabricating the binder as an auxetic structure with a unique feature: a negative Poisson ratio (NPR), which increases the resistance to internal stress in the Na-Sn alloying/de-alloying processes. Electrochemical tests and micrograph images of auxetic and common binders are used to compare dimensional and structural differences. Results show that the capacity of an auxetic-structured Sn electrode is much larger than that of a Sn electrode with a common-structured binder. Furthermore, using an auxetic structured Sn electrode, stability in discharge and charge cycling is obtained.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제5권2호
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• pp.192-197
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• 2017

콘크리트를 포함한 일반적인 재료는 외부 하중의 작용 시 양의 포아송비 거동을 가진다. 한편, 격자시스템에 있어서는 음의 포아송비 거동을 가지도록 제작할 수 있다. 이에 본 연구에서는 이중화살촉 형식의 2차원 음의 포아송비 격자체를 제작하여 역학적인 거동을 검토하였다. 또한 이러한 음의 포아송비 격자체로 보강한 시멘트 모르타르 복합체의 직접인장시험을 수행하였으며, 실험결과는 일반 격자체를 적용한 경우와 비교하였다. 연구 결과, 음의 포아송비 거동 격자체를 적용한 경우 복합체의 하중 직교방향의 변형을 구속하는 효과가 일반 격자체보다 더 효과적임을 보여주었다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제6회(2017년)
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• pp.317-323
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• 2017

Due to the unique characteristic of auxetic material, negative poisson's ratio, it has a variety of distinctive properties compared to conventional materials. Numerous researches have been conducted on the auxetic material in order to find out how to make auxetics. In this study, we analyzed triangular and rectangular patterned rotating rigid units using finite element method. Our purpose is to investigate the mechanical properties of the rotating rigid units and to show their auxetic behaviors. We studied the Poisson's ratio and the bulk modulus of the rotating rigid units depending on their unit cell sizes. The Poisson's ratio and the bulk modulus decreased as the number of unit cells increased. Also, when the geometry of the unit cell was changed, the tendency of the Poisson's ratio and the bulk modulus was also different from the previous case. The results of the Poisson's ratio and the bulk modulus referred that they were critically affected by the number of unit cells and the shape of unit cell.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.116-123
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• 2017

본 연구는 음의 포아송비 거동을 가지는 격자체의 구조부재 보강재로의 적용이 가능한지에 대한 검토를 수행하였다. 콘크리트를 포함한 일반적인 재료는 외부 하중의 작용 시 양의 포아송비 거동을 가진다. 이러한 콘크리트의 역학적 거동을 음의 포아송비 특성을 가지는 금속 격자체가 구속함으로써 콘크리트의 강성을 증대시킬 수 있음을 이론적으로 확인하였다. 또한 실제 건설산업에 적용이 가능한 수준의 음의 포아송비 거동을 가지는 격자체의 형식을 제시, 역학적 거동 특성을 수치 해석적으로 검토하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권1호
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• pp.93-102
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• 2024

Using negative Poisson's ratio materials, an innovative metallic-yielding damper is introduced for the first time in this study. Through the use of ABAQUS commercial software, a nonlinear finite element analysis is conducted to determine the performance of the proposed system. Mild steel plates with elliptical holes are used for these types of dampers, which dissipate energy through an inelastic deformation of the constitutive material. To assess the capability of the proposed damper, nonlinear quasi-static finite element analyses have been conducted on the damper with a variety of geometric parameters. According to the results, the proposed system is ductile and has a high capacity to dissipate energy. The proposed auxetic damper has a specific energy absorption of 910.8 J/kg and a ductility of 33.6. Therefore, this damper can dissipate a large amount of earthquake input energy without buckling by increasing the buckling load of the brace with its ductile behavior. In addition, it was found that by incorporating auxetic dampers in the steel frame, the frame was made harder, stronger, and ductile and its energy absorption increased by 300%.

• 한국의류산업학회지
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• 제24권6호
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• pp.667-685
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• 2022

본 원고는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재와 어그제틱 구조체에 대한 연구 동향을 정리한 것이다. 먼저 4D 프린팅 소재의 형상 변화 거동을 형상 변화와 형상기억 소재, 이중, 삼중, 다중 형상기억 효과, 접힘과 굽힘, 표면지형별로 구분하여 알아보았다. 형상 변화와 형상기억 소재 등 열이나 수분의 자극에 가역적/비가역적 혹은 규칙적/불규칙적 형상 변형이 가능할 수 있다. 다음으로, 차원별 형상이동 유형에 따른 특성과 물성에 대해 알아본 바, 1차원에서 다차원으로의 형상이동을 1D-1D 팽창/수축, 1D-2D 접힘/굽힘, 1D-3D 접힘 (1D-to-3D folding)으로 구분할 수 있다. 2차원에서 형상이동은 2D-2D 굽힙, 2D3D 굽힘/접힘/꼬임/표면말림/표면지형변화/굽힘과 꼬임, 3차원에서 다차원으로의 형상이동은 3D-3D 굽힙과 3D-3D 선형/비선형 거동으로 구분할 수 있다. 마지막으로 4D 프린팅 메타구조체 중 힌지 구조체를 적용한 KinetiX는 단일단위 터셀레이션과 다중단위 터셀레이션으로 모델링할 수 있고, 평면 및 공간 변환이 용이하고, 컨포머블 헬멧에 적용할 수 있다. 키리가미 구조체를 기본으로 한 공압형 어그제틱 구조체는 역설계 기반 구조체로써 굽힘각도를 제어하는 알고리즘으로 설계할 수 있다. 설계 후 3D 프린팅하여 TPU 멤브레인으로 프로토 타입을 제조하였고, 압력을 낮추면서 원하는 3차원 형상으로 완성될 수 있음을 확인하였다. 온도나 습도 등의 외부자극요소에 따라 형상이나 물성을 변화할 수 있는 재료를 사용하여 변형가능한 3차원 구조체로 성형한 4D 프린팅 소재를 이용하여 상지, 하지, 손, 발 등 소프트 로봇의 외골격(exoskeleton) 소재에 적용할 수 있을 것이다. 즉 자세제어, 상황인식, 동작신호 생성 등 다양한 환경에 대응하여 착용자의 움직임에 고하중, 고기동성, 운동지속성을 지원하는 기능을 갖는 소프트 로봇용 4D 프린팅 소재는 헬스케어 웨어러블 의류 제품화 개발로의 용도 전개가 가능할 것이다. 특히 4D 프린팅 소프트 소재 및 공정개발 분야는 일상 생할 보조용이나 재활치료용 의류를 개발하기 위한 3D 프린팅 소재 및 공정의 원천 기술에 해당하므로 이와 관련한 연구의 기초 자료로서 활용되기를 기대한다.

• Advances in nano research
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• 제10권5호
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• pp.423-435
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• 2021

This paper examines the thermal post-buckling behaviors of graphene-reinforced metal matrix composite (GRMMC) laminated cylindrical panels which possess in-plane negative Poisson's ratio (NPR) and rest on an elastic foundation. A panel consists of GRMMC layers of piece-wise varying graphene volume fractions to obtain functionally graded (FG) patterns. Based on the MD simulation results, the GRMMCs exhibit in-plane NPR as well as temperature-dependent material properties. The governing equations for the thermal post-buckling of panels are based on the Reddy's third order shear deformation shell theory. The von Karman nonlinear strain-displacement relationship and the elastic foundation are also included. The nonlinear partial differential equations for GRMMC laminated cylindrical panels are solved by means of a singular perturbation technique in associate with a two-step perturbation approach and in the solution process the boundary layer effect is considered. The results of numerical investigations reveal that the thermal post-buckling strength for (0/90)_5T GRMMC laminated cylindrical panels can be enhanced with an FG-X pattern. The thermal post-buckling load-deflection curve of 6-layer (0/90/0)_S and (0/90)_3T panels of FG-X pattern are higher than those of 10-layer (0/90/0/90/0)_S and (0/90)_5T panels of FG-X pattern.