Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2180-2186
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2002
In a micro-scale contact, capillary force and van der Waals interaction significantly influence the contact between asperities of rough surfaces. Little is, however, known about the variation of these surface forces as a function of chemical property of the surface (wet angle), relative humidity and deformation of asperities in the real area of contact. A better understanding of these surface forces is of great necessity in order to find a solution for reducing friction and adhesion of micro surfaces. The objective of this study is to investigate the surface forces in micro-scale rough surface contact. We proposed an effective method to analyze capillary and van der Waals forces in micro-scale contact. In this method, Winkler spring model was employed to analyze the contact of rough surfaces that were obtained from atomic force microscopy (AFM) height images. Self-mated contact of DLC(diamond like carbon) coatings was analyzed, as an example, by the proposed model. It was shown that the capillary force was significantly influenced by relative humidity and wet angle of the DLC surface. The deformation of asperities to a critical magnitude by external loading led to a considerable increase of both capillary and van der Waals forces.
Intermediate filaments are the mechanical ropes for both cytoskeleton and nucleoskeleton of the cell which provide tensile force to these skeletons. In providing the mechanical support to the cell, they are likely to buckle. We used conventional Euler buckling model to find the critical buckling force under different boundary conditions which they assume during different functions. However, there are many experimental and theoretical studies about other cytoskeleton components which demonstrate that due to mechanical coupling with the surrounding surface, the critical buckling force increases considerably. Motivated with these results, we also investigated the influence of surface effects on the critical buckling force of intermediate filaments. The surface effects become profound because of increasing ratio of surface area of intermediate filaments to bulk at nano-scale. The model has been solved analytically to obtain relations for the critical forces for the buckling of intermediate filaments without and with surface effects. We found that critical buckling force with surface effects increases to a large extent due to mechanical coupling of intermediate filaments with the surrounding surface. Our study may be useful to develop a unified experimental protocol to characterize the physical properties of Intermediate filaments and may be helpful in understanding many biological phenomenon involving intermediate filaments.
Sang Ho Kim;Seung Han Yang;Joong Ho Lee;Jong Kyun Choi
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.109-117
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2023
In this study, the effect of the shape of the specimen and the feedrate of the dental ultrasonic surgical instrument on the cutting force and surface roughness of the specimen is analyzed. Experimental specimens were made of SAWBONES artificial bone materials in square and spherical specimens. In addition, the cutting feedrate of the surgical instrument was controlled through the developed moving system. The cutting force generated when cutting the specimen was measured through a force sensor. After the experiment, the cutting surface of the specimen was observed through a three-dimensional optical microscope and the surface roughness was measured. Through one-way ANOVA, the effect of each specimen shape and feed rate on surface roughness was analyzed. As a result of the experiment, the cutting force increased proportionally in the initial feed rate increase stage, but the increase in cutting force decreased as the feed rate continued to increase. Also, the cutting force showed a difference according to the shape of the specimen. The spherical specimen with a relatively small cutting surface area had less cutting force than the square specimen. However, as a result of one-way ANOVA, it was found that the specimen shape and feed rate did not affect the surface roughness. In future studies, it is expected to be used for comparative analysis of ultrasonic surgical instruments and correlation analysis between cutting factors.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.12
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pp.212-219
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1998
During machining of dies and molds with sculptured surfaces. the cutter contact area changes continuously and results in cutting force variation. In order to implement cutting force prediction model into a CAM system, an effective and fast method is necessary. In this paper. a new method is proposed to predict mean cutting force. The cutter contact area in the spherical part of the cutter is obtained using Z-map, and expressed by the grids on the cutter plane orthogonal to the cutter axis. New empirical cutting parameters were defined to describe the cutting force in the spherical part of cutter. Before the mean cutting force calculation, the cutting force density in each grid is calculated and saved to force map on the cutter plane. The mean cutting force in an arbitrary cutter contact area can be easily calculated by summing up the cutting force density of the engaged grid of the force map. The proposed method was verifed through the slotting and slanted surface machining with various inclination angles. It was shown that the mean force can be calculated fast and effectively through the proposed method for any geometry including sculptured surfaces with cusp marks and holes.
Tooth movement would be impeded by frictional force arised between archwire and tube, bracket or elastics in the fixed orthodontic appliances, which could be changed variably by such several factors as the contact area, normal (perpendicular) force and the condition of contact surface. There were many literatures about frictional force in the orthodontic region, but different results were obtained from little controlled research so that was very difficult in clinical application. Therefore we have reviewed comprehensively previous literatures about frictional force and thus several results were obtained as follows: 1. For use species of the orthodontic wire, frictional force was influenced mainly by surface roughness of wire in the absence of binding, while that was influenced mainly by normal force in high binding angulation. 2. For the cross-section and diameter of the wire, the contact area influenced mainly on frictional force in the absence of binding, while wire stiffness influenced mainly on frictional force in high binding angulation. 3. The greater the bracket width, the greater frictional force, and frictional force of the plastic bracket was larger than that of the metal bracket. 4. For ligation type, frictional force of the stainless steel ligation was larger than that of the elastic ligation, and frictional force was directly proportional to ligation force. 5. Variable frictional force were occured from the saliva combined with such another factors as normal force and mode of surface oxide et al.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.5
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pp.374-381
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2016
The sealing technique is widely used for repairing the cracks on the surface of concrete and preventing their expansion in the future. However, it is difficult to ensure the safety of the workers when sealing large structures in inconvenient working environments. This paper presents the development of a sealing robot system to seal various shapes of concrete surface in rough conditions for a long time. If the robot can maintain the desired contact force, the cracks can be completely sealed. An impedance force tracking controller with slope estimator is proposed to calculate the surface slope in real time using the robot position. It predicts the next point in order to prevent the robot from disengaging from the contact surface owing to quick slope changes. The proposed method has been verified by experimental results.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.11
no.1
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pp.26-31
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2002
In this study an experimental investigation was conducted to find the grinding characteristics of ceramics, STD11 and STS304 materials. The grinding force and the microscopic observation of the workpieces were obtained in surface grinding. Grinding characteristics of ceramics were inspected through the microscopic examination the cutting force, and the surface roughness. It has been found that the finding force of ceramics is relatively low as compared to that of steels and that CBN wheel has an excellent performance. The surface roughness was measured according to the feedrate and the depth of out.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.2
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pp.9-16
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2004
Because a generated heat during grinding operation makes a serious deformation on a ground surface as a convex form, a real depth of cut in deformed zone has larger than an ideal depth of cut. Consequently, the ground surface has a geometric error as a concave form after cooling the workpiece. In this study, the force and the geometric error of surface grinding were examined. From evaluating magnitude and mode of the geometric error according to grinding conditions, an optimal grinding condition was proposed to minimize the geometric error. In addiction the relationship between the geometric error and the grinding force was found out. Due to least square regression it was able to predict the geometric error by using the grinding force.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.7
no.3
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pp.118-122
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2006
Diamond-like carbon (DLC) films were prepared on silicon substrates by the RF PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method using methane $(CH_4)$ and hydrogen $(H_2)$ gas. We examined the effects of the post annealing temperature on the tribological properties of the DLC films using friction force microscopy (FFM). The films were annealed at various temperatures ranging from 300 to $900^{\circ}C$ in steps of $200^{\circ}C$ using RTA equipment in nitrogen ambient. The thickness of the film was observed by scanning electron microscopy (SEM) and surface profile analysis. The surface morphology and surface energy of the films were examined using atomic force microscopy and contact angle measurement, respectively. The hardness of the DLC film was measured as a function of the post annealing temperature using a nano-indenter. The tribological characteristics were investigated by atomic force microscopy in FFM mode.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.6
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pp.115-122
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1999
A friction tester to measure friction force generated at the interface between the piston ring and the cylinder liner was developed. Modified piston ring is bar-shaped and 100mm long. Surface of the modified piston ring is machined by the profile grinding machine to be formed as a shape of an arc of a circle. Measured data are treated as mean effective friction force and power loss. From this test it can be confirmed that friction force is deeply affected by surface shape of the piston ring and viscosity of supplied oil. Friction force is deeply affected by surface shape of the piston ring and viscosity of supplied oil. Friction force is decreased and power loss is increased with increasing velocity. And it is known that region of mixed lubrication is broader than estimated with theoretical analysis. it is expected that this tester can be used as the optimization tool of the surface shape of the piston ring at the first stage of development of the piston rings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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