• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권4호
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• pp.129-135
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• 2018

신축성 기판은 신축성 전자소자의 신축성, 공정성, 내구성을 결정하는 매우 중요한 소재로서 신축성 전자소자를 개발함에 있어서 우선적으로 고려해야 된다. 특히 현재 사용되는 신축성 기판은 히스테리시스가 존재하여 센서 및 기타 응용에 많은 어려움이 있다. 본 연구에서는 신축성 소재 기판으로 사용되는 PDMS와 Ecoflex를 혼합한 PDMS-Ecoflex 하이브리드 신축성 기판을 제작하여 신축성과 히스테리시스 특성을 향상하고자 하였다. 인장 시험을 통하여 신축성 하이브리드 기판의 기계적 거동을 관찰하였으며, 투과도 측정을 통하여 투과도를 평가하였다. Ecoflex의 함량이 증가할수록 하이브리드 신축성 기판은 더 유연해지며, 탄성계수는 감소한다. 또한 PDMS 기판은 270% 변형률에서 파단이 발생한 반면, PDMS-Ecoflex 하이브리드 기판은 500%의 변형률까지 파단되지 않으며 우수한 신축성을 갖는 것을 알 수 있었다. 반복 인장시험에서 PDMS와 Ecoflex의 혼합비를 2:1로 제작된 기판은 히스테리시스가 발생하였다. 반면 1:1의 혼합비로 제작된 기판의 경우 50%, 100%의 변형률에서는 히스테리시스가 발생하지 않았다. 결론적으로 500% 이상의 신축성을 갖으면서 히스테리시스가 없은 기판을 제작하였다. 기판의 혼합비에 따른 광투과도 측정 결과, Ecoflex 기판의 투과도는 68.6% 이였으나, PDMS-Ecoflex 함량이 2:1, 1:1인 하이브리드 기판의 경우, 각각 78.6%, 75.4%의 투과율을 보이며, 향후 투명 신축성 기판으로서 개발 가능성을 보여주었다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.16-24
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• 2023

본 논문에서는 복합재료의 섬유와 기지사이의 경계면 손상을 고려한 멀티스케일 점진적 피로 손상 모델을 제안한다. 먼저 점진적인 경계면 손상을 고려하기 위해 서로 다른 4개의 경계면 상태를 정의한 미소구조 모델을 도입하였다. 각각의 상태에 대한 부피분율은 피로 하중의 사이클 수가 증가함에 따라 온전한 상태의 계면에서 완전 박리 상태의 계면으로의 전환이 일어난다. 손상된 경계면의 에쉘비 텐서(Eshelby's tensor)를 계산하기 위해 선형 스프링 모델이 사용되었으며 균질화 방법을 통해 복합재료의 유효 물성을 얻었다. 또한 복합재료의 피로거동을 묘사하기 위해 교번 응력에 대한 섬유, 기지, 그리고 섬유-기지 간의 계면 각각에 대한 손상 변수들이 정의되었고 이를 chaotic firefly 알고리즘을 통해 손상 변수를 특성화 하였다. 제안된 모델은 유한요소해석프로그램 ABAQUS의 UMAT subroutine으로 구현되어 AS4/3501-6 복합재료의 단일방향 라미네이트(unidirectional laminate) 시편들([0]₈, [90]₈,[30]₁₆)을 통해 성공적으로 검증되었다.

• 유변학
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• 제11권2호
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• pp.143-152
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• 1999

본 연구에서는 Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II)를 사용하여 세 종류의 상용 반고형 식품(마요네즈, 토마토 케찹, 와사비)의 정상유동특성 및 소진폭 전단변형하에서의 동적 점탄성을 광범위한 전단속도와 각주파수 영역에서 측정하였다. 이들 측정결과로부터 정상유동특성의 전단속도 의존성 및 동적 점탄성의 각주파수 의존성을 보고하였다. 그리고 항복응력의 항을 갖는 몇 가지 점소성 유동모델을 사용하여 정상유동특성을 정량적으로 평가하고 이들 모델의 적용성을 비교.검증하였다. 나아가서 수정된 형태의 지수법칙 관계식을 도입하여 정상유동특성(비선형 거동)과 동적 점탄성(선형 거동)간의 상관관계에 대해 검토하였다. 이상의 연구를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 반고형 식품류는 상당한 크기의 항복응력을 갖는 점소성 물질로서 전단속도가 증가할수록 정상류점도가 급격히 감소하는 shear-thinning 거동을 나타낸다. (2) Herschel-Bulkley 모델, Mizrahi-Berk 모델 및 Heinz-Casson 모델은 반고형 식품류의 정상유동거동을 잘 기술할 수 있다. 이들 중에서도 Heinz-Casson 모델이 가장 우수한 적용성을 갖는다 (3) 반고형 식품류는 임계 전단속도를 경계로 shear-thinning 특성이 변화한다. 즉 낮은 전단속도에 비해 높은 전단속도 영역에서 분산입자 응집체의 구조파괴가 더욱 활발하게 진행되어 보다 현저한 shear-thinning 특성을 나타낸다. (4) 저장 탄성률 및 손실탄성률은 양자 모두 각주파수가 증가할수록 점차로 증가하나 각주파수 의존성은 그다지 크지 않다. 또한 광범위한 각주파수 영역에서 탄성적 성질이 점성적 성질에 비해 보다 우세하게 나타난다. (5) 정상류점도, 동적점도 및 복소점도는 모두 power-law 모델의 거동을 잘 만족한다. 또한 정상유동특성과 동적 점탄성간의 상관관계는 수정된 형태의 지수법칙 관계식에 의해 잘 기술될 수 있다.

• Composites Research
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• 제34권4호
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• pp.241-248
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• 2021

전기자동차 시장이 성장함에 따라 배터리 효율을 증가시키기 위해 차량 경량화 이슈가 대두되고 있다. 이에 전기자동차 배터리 모듈을 보호하는 배터리 모듈 커버를 기존 알루미늄 소재에서 알루미늄 대비 절반 수준의 무게를 가지는 고강도/고내열성 고분자 복합소재로 대체하고자 한다. 또한 복잡한 형상에 대한 제약이 없고, 다품종 소량생산에 유리한 3D 프린팅 기술을 접목하여 기술 변화가 빠른 초기 전기자동차 시장에 대응하고자 한다. 복합소재 역학에 기반하여 압출기를 통해 가공한 단섬유 GF(glass fiber)/PC(polycarbonate) 복합소재 내 유리섬유의 임계길이(critical length)가 453.87 ㎛임을 도출하였고, 사이드 피딩(side feeding) 방식의 가공법을 택함으로써 기존 365.87 ㎛이었던 잔류섬유길이를 향상시킴과 동시에 분산성을 향상시켰다. 이에 30 wt%의 GF가 함유된 GF/PC 복합소재로 인장강도(tensile strength) 135 MPa, 탄성계수(Young's modulus) 7.8 MPa의 최적의 물성을 구현하였다. 또한 3D 프린팅 필라멘트가 상용 필라멘트 규격인 두께 1.75 mm, 표준편차 0.05 mm를 만족하기 위해서 필라멘트 압출 조건(온도, 압출속도)을 최적화하였다. 제작된 필라멘트를 통해 기공률을 최소화하며 강도를 최대화하고, 동시에 생산성 향상을 위해 프린팅 속도를 최대화하는 다중 최적화 문제를 통해 3D 프린팅 공정조건(온도, 프린팅 속도)을 최적화하였고, 이로써 기존 상용화 되어있는 동일 소재 필라멘트 대비 인장강도 11%, 탄성계수 56%가 향상된 결과를 얻었으며, 출력물의 후처리(post-process)를 통해 후처리 전 대비 인장강도 5%, 탄성계수 18%를 추가로 향상시켰다. 끝으로 유한요소해석(finite element analysis, FEA) 기법을 활용하여 전기자동차 배터리 모듈 커버의 시험 규격(ISO-12405)의 Mechanical Shock test의 기준을 만족하도록 배터리 모듈 커버의 구조를 최적화하였고, 이로써 배터리 커버 시험규격을 만족하면서 동시에 알루미늄을 사용했을 때 대비 37%의 경량화를 달성하였다. 해당 연구 결과 및 연구 방법을 활용하여 향후 다양한 분야에 고분자 복합소재 3D 프린팅 기술이 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한치과보철학회지
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• 제52권2호
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• pp.67-73
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• 2014

연구 목적: 본 연구의 목적은 주조, 3-D printing laser sintered 및CAD/CAM technology를 이용한 milling 방법으로 제작된 치과용 코발트-크롬 합금의 기계적 물성을 비교하고 파절 단면의 미세 구조를 살펴보는 데 있다. 이를 통해 새롭게 소개된 제작 기법 - 3D-printing laser sintered - 이 치과용 합금 제작으로 적합한 지 알아보고자 한다. 연구 재료 및 방법: 36개의 flat disc 모양의 시편을 제작하여 제작 방법에 따라 세 집단으로 나누었다; 주조 방식으로 제작한 12개, laser sintering 방법으로 12개, CAD/CAM milling 방법으로 12개의 시편을 제작하여 표면 경도 시험을 시행하였다. 또한 각 집단 별로 12개의 dumbbell 모양의 시편을 제작하여 인장 강도 시험을 시행하였다. 통계량이 비모 수적 통계 분포를 보였으므로 Kruskal-Wallis 검정을 이용하여 각 실험군의 인장 강도 시험 결과를 비교했으며, 통계적 유의 수준은P=.05로 설정하여 Mann-Whitney 및 Bonferroni 사후 검정을 시행하였다. 전자 주사 현미경을 사용하여 파절 단면의 미세 구조를 관찰하였다. 결과: Vickers hardness test에서 세 집단간에 모두 유의한 차이가 있었고, 주조 방식으로 제작된 실험군에서 가장 큰 표면 경도(455.88 Hv)가, CAD/CAM milling으로 제작된 실험군에서 가장 낮은 표면 경도(243.40 Hv)를 나타냈다. 최대 인장 강도, 0.2% 항복강도, elongation 및 elastic modulus에서 세 집단간에 모두 유의한 차이가 나타났으며, CAD/CAM milling으로 제작한 실험군에서 가장 높은 최대 인장 강도(1442.94 MPa)가, laser sintered 실험군에서 가장 큰 0.2% 항복 강도(1136.15 MPa)가 나타났다. 파절 단면의 전자 주사 현미경 관찰 결과, 주조 시편에서는 독특한 성긴 모양과 전형적인 주조 다공성 구조가 관찰되었고, laser sintered 시편에서는 편평한 면을 동반한 거친 결정 구조가, 그리고 milled 시편에서는 균일하고 규칙적인 치밀 미세 구조가 나타났다. 결론: 서로 다른 제작 방법은 코발트-크롬 합금의 물리적 성질과 파절 단면의 미세 구조에 영향을 미쳤다. 주조 방식으로 제작된 시편에서 가장 큰 표면 경도가, milling으로 제작된 시편에서 가장 큰 인장 강도를 나타냈으며, 본 연구의 모든 실험군에서 치과용 합금의 ISO 기준에 부합하는 물성을 보였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권7호
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• pp.37-47
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• 2017

본 연구에서는 강관매입말뚝의 하중-침하 및 전단응력 전이 특성을 분석하기 위하여 시험시공 및 수치해석을 수행하였다. 동재하시험 및 정재하시험을 수행한 결과 EOID 및 Restrike 시험을 통해 평가된 말뚝의 설계지지력은 정재하시험에서 평가된 설계 지지력에 비해 각각 약 56~105% 및 65~121%의 범위를 보였으며, 말뚝재하시험 이전에 수행된 Class-A type 수치해석의 경우 38~142%의 범위를 보였다. 또한 Restrike 시험에서 평가된 설계지지력은 EOID 시험의 설계지지력에 비해 12~60% 증가된 것으로 평가되었다. EOID에서는 선단지지력이 크게 측정되는 데 비해, Restrike 시험에서는 주면마찰력이 크게 측정되었는데 Restrike 시험의 타격에너지가 충분하지 않은 경우 말뚝의 선단지지력이 과소평가될 가능성이 있는 것으로 분석되었다. 본 연구의 분석에 의하면 동재하시험을 통해 말뚝의 지지력을 합리적으로 평가하기 위해서는 주면지지력은 Restrike 시험 결과를, 선단지지력은 EOID 시험 결과를 적용하는 것이 합리적인 것을 알 수 있었다. 정재하시험 실측값과 수치해석으로부터 예측된 하중-침하 관계는 탄성범위까지는 어느 정도 유사하지만 항복이 발생한 이후의 거동은 크게 벗어났다. 즉 실측값은 항복 이후 경화현상이 거의 없이 마치 탄성-완전소성(elastic-perfectly plastic) 재료와 유사하게 파괴에 도달되는 반면에, 수치해석에서는 변형경화(strain hardening)과정을 거치면서 파괴에 점진적으로 도달되는 경향을 보였다. 말뚝의 하중-침하 특성은 지반의 강성에 영향을 받으며, 축력분포는 지반의 전단 강도상수에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Restorative Dentistry and Endodontics
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• 제34권2호
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• pp.145-153
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• 2009

본 연구에서는 측정장치의 compliance유무가 복합레진의 중합수축응력 측정에 미치는 영향을 알아보았다. 변위센서, cantilever load cell과 부궤환 (negative feedback) 시스템을 적용하여 compliance를 허용하는 것과 허용하지 않는 두 가지 모드로 중합수축응력의 측정이 가능한 stress-strain analyzer를 제작하였다. 한 종의 flowable (Filtek Flow: FF) 복합레진과 두 종의 universal hybrid (Z100: Z1 and Z250: Z2) 복합레진이 사용되었다. Load cell의 끝과 base plate에 고정된 직경 3.0 mm의 금속 막대에 silane을 처리하였다. 1.0 mm의 거리로 고정한 두 개의 금속 막대 사이 에 복합레진을 적용한 후 광중합을 하였다. 복합레진의 수직 중합수축률과 중합수축응력을 10 분 동안 기록하였고 인장탄성계수도 구하였다. 통계처리는 일원분산분석과 paired t-test를 시행하였고 95% 유의수준에서 Tukey's test로 사후 검정하였다. 측정된 중합수축 응력은 재료와 compliance의 유무에 따라 큰 차이를 보였다. Compliance를 허용한 모드에서 중합수축응력은 FF: 3.11 (0.13)이 가장 컸으며 Z1: 2.91 (0.10), Z2: 1.94 (0.09) Mpa의 순서였다. 측정장치의 compliance를 허용하지 않은 경우에는 Z1 17.08 (0.89)이 가장 컸고 FF: 10.11 (0.29), Z2: 9.46 (1.63) MPa의 순이었다. 또한 Z1, Z2, FF의 인장탄성계수는 각각 2.31 (0.18), 2.05 (0.20), 1.41 (0.11) GPa 이었다. 중합수축응력은 compliance mode에서는 복합레진의 수직 중합수축률이 주요 영향 요인이었으며, compliance를 배제한 모드에서는 탄성계수의 효과가 지배적이었다.

• 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.

• Computers and Concrete
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• 제11권2호
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• pp.123-148
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• 2013

The nonlinear finite element method with eight noded isoparametric quadrilateral element for concrete and two noded element for reinforcement is used for the prediction of the behavior of reinforcement concrete structures. The disturbed state concept (DSC) including the hierarchical single surface (HISS) plasticity model with associated flow rule with modifications is used to characterize the constitutive behavior of concrete both in compression and in tension which is named DSC/HISS-CT. The HISS model is applied to shows the plastic behavior of concrete, and DSC for microcracking, fracture and softening simulations of concrete. It should be noted that the DSC expresses the behavior of a material element as a mixture of two interacting components and can include both softening and stiffening, while the classical damage approach assumes that cracks (damage) induced in a material treated acts as a void, with no strength. The DSC/HISS-CT is a unified model with different mechanism, which expresses the observed behavior in terms of interacting behavior of components; thus the mechanism in the DSC is much different than that of the damage model, which is based on physical cracks which has no strength and interaction with the undamaged part. This is the first time the DSC/HISS-CT model, with the capacity to account for both compression and tension yields, is applied for concrete materials. The DSC model allows also for the characterization of non-associative behavior through the use of disturbance. Elastic perfectly plastic behavior is assumed for modeling of steel reinforcement. The DSC model is validated at two levels: (1) specimen and (2) practical boundary value problem. For the specimen level, the predictions are obtained by the integration of the incremental constitutive relations. The FE procedure with DSC/HISS-CT model is used to obtain predictions for practical boundary value problems. Based on the comparisons between DSC/HISS-CT predictions, test data and ANSYS software predictions, it is found that the model provides highly satisfactory predictions. The model allows computation of microcracking during deformation leading to the fracture and failure; in the model, the critical disturbance, Dc, identifies fracture and failure.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.301-307
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• 2015

결합 기반 페리다이나믹 모델을 통해 다양한 동적취성파괴 현상을 해석할 수 있었지만, 결합 기반 모델은 다양한 재료 구성 모델을 표현하는데 여러 한계를 보여왔다. 특히 결합 기반 모델은 각 결합들이 서로 독립적으로 작용하도록 가정하였기 때문에 3차원 모델에서 포아송비가 1/4로 고정되며 전단 변형이 표현되지 못하고 체적 변형만이 모사되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 상태 기반 페리다이나믹 모델을 통한 동적취성파괴 해석을 제시한다. 상태 기반 모델은 일종의 일반화된 페리다이나믹 모델로서 일반적인 재료 구성모델로부터 직접 페리다이나믹 재료 모델을 구성한다. 또한 연결된 모든 결합의 변형을 통해 각 절점의 재료 응답이 결정되기 때문에 체적 및 전단 변형이 모두 표현된다. 본 논문에서는 선형 탄성체에 대해서 상태 기반 평면 응력 페리다이나믹 모델을 소개하고 상태 기반 모델에 적합한 손상 모델에 대해 논의한다. 페리다이나믹 비국부 영역을 축소시키는 $\delta$-수렴성 연구를 통해 동적파괴 모델을 검증하고 상태 기반 모델이 동적 균열 전파를 모델링하는데 적합함을 확인하였다.