• Coupled systems mechanics
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• 제11권4호
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• pp.315-333
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• 2022

Fluid-Structure Interaction (FSI) modeling is highly effective to reveal deformations, fatigue failures, and stresses on a solid domain caused by the fluid flow. Mechanical properties of the solid structures and the thermophysical properties of fluids can change under different operating conditions. In this study, we investigated the interaction of [45/-45]₂ wounded composite tubes with the fluid flows suddenly pressurized to 5 Bar, 10 Bar, and 15 Bar at the ambient temperatures of 24℃, 66℃, and 82℃, respectively. Numerical analyzes were performed under each temperature and pressure condition and the results were compared depending on the time in a period and along the length of the tube. The main purpose of this study is to present the effects of the variations in fluid characteristics by temperature and pressure on the structural response. The variation of the thermophysical properties of the fluid directly affects the deformation and stress in the material due to the Wall Shear Stress (WSS) generated by the fluid flow. The increase or decrease in WSS directly affected the deformations. Results show that the increase in deformation is more than 50% between 5 Bar and 10 Bar for the same operating condition and it is more than 100% between 5 Bar and 15 Bar by the increase in pressure, as expected in terms of the solid mechanics. In the case of the increase in the temperature of fluid and ambient, the WSS and Von Mises stress decrease while the slight increases of deformations take place on the tube. On the other hand, two-way FSI modeling is needed to observe the effects of hydraulic shock and developing flow on the structural response of composite tubes.

• 대한치과기공학회지
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• 제44권3호
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• pp.67-75
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• 2022

Purpose: This study aimed to comparatively evaluate the stress distribution of bones surrounding the implant system to which both titanium and polyetheretherketone (PEEK) abutments are applied using a three-dimensional finite element analysis. Methods: The three-dimensional implant system was designed by the computer-aided design program (CATIA; Dassault Systemes). The discretization process for setting nodes and elements was conducted using the HyperMesh program (Altair), after finishing the design of each structure for the customized abutment implant system. The results of the stress analysis were drawn from the Abaqus program (Dassault Systèmes). This study applied 200 N of vertical load and 100 N of oblique load to the occlusal surface of a mandibular first molar. Results: Under external load application, the PEEK-modeled dental implant showed the highest von Mises stress (VMS). The lowest VMS was observed in the Ti-modeled abutment screws. In all groups, the VMS was observed in the crestal regions or necks of implants. Conclusion: The bones surrounding the implant system to which the PEEK abutment was applied, such as the cortical and trabecular bones, showed stress distribution similar to that of the titanium implant system. This finding suggests that the difference in the abutment materials had no effect on the stress distribution of the bones surrounding implants. However, the PEEK abutments require mechanical and physical properties improved for clinical application, and the clinical application is thought to be limited.

• 한국기계가공학회지
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• 제20권11호
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• pp.67-73
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• 2021

Tanks are key weapons of ground combat that are equipped with powerful weapons and have strong protective bodies. One tank component, the engine clutch flange, is located in the part of the tank where the engine and transmission are installed, and it is a key part of the power transfer and shutoff. The engine clutch flange transmits high power to secure the mobility of the tank; thus, it must have high strength and hardness. In addition, high durability and safety must be ensured because tank operations must exclude concerns about damage. In this study, an engine clutch female flange for tanks made of SNCM439 was developed. The 2D design used AutoCAD programs, and the 3D shape design used CATIA programs. The structural analysis was conducted using ANSYS. The mesh grid has a tetrahedron shape and is created by adding a mid-side node. After the mechanical properties and constraints of SNCM439 were entered, the changes in the safety factor, total deformation, and Von-Mises stress were identified according to the increase in torque. Prototype processing was performed to verify the engine clutch female flange for the tank. To determine the productivity of the product, the cutting processing time was measured when processing the prototypes. Based on the results of measuring the cutting processing time, it is concluded that research is needed to improve productivity because MCT slot cutting processing is time consuming.

• 한국임상수의학회지
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• 제40권4호
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• pp.268-275
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• 2023

In this paper, we designed 3D-printed orthopedic splint models for patient-specific external coaptation on fracture healing and analyzed the stability of the models through finite element method (FEM) analysis under compressive load conditions. Polylactic acid (PLA) and acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) based 3D splint models of the thicknesses 1, 3, 5 and 7 mm were designed, and Peak von Mises stress (PVMS) and maximum displacement (MD) of the models were analyzed by FEM under compressive loads of 50, 100, 150, and 200 N. The FEM results indicated that PVMS and MD values, regardless of material, had a negative correlation with the thickness of the models and a positive correlation with the compressive load. There was a risk of splint deformation under conditions more extreme than 100 N with 5 mm thickness. For successful clinical application of 3D-printed orthopedic splints in veterinary medicine, it is recommended that the splint should be produced not less than 5 mm thickness. Also, it is expected to be stable when the splint is applied to situations with a compressive load of 100 N or less. There is an advantage of overcoming the limitations of the existing bandage method through 3D-printing technology as well as verifying the stability through 3D modeling before application. Such 3D printing technology will be widely used in veterinary medicine and various fields as well as orthopedics.

• Composites Research
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• 제19권1호
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• pp.22-28
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• 2006

금속재 라이너를 갖는 복합재 압력용기는 라이너의 반복 수명 향상을 위해 제조 공정 중 라이너가 압축잔류응력을 갖도록 하는 자긴처리 공정을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 자긴처리에 의한 라이너의 압축잔류응력과 이후의 응력 거동을 정확히 예측할 수 있는 유한요소해석 기법을 제시하고, 이러한 해석 결과를 바탕으로 복합재 압력용기의 반복 수명을 예측할 수 있는 방법을 제안한다. 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 3차원 비선형 유한요소해석을 통해 라이너의 응력 거동을 정확히 예측하고, 압력용기의 반복수명을 결정짓는 파라미터로 금속재 라이너의 폰미세스 응력을 도입한다. 라이너 재료에 대한 피로시험과 복합재 압력용기 시제품에 대한 반복시험을 통해 제안된 방법의 타당성과 유효성을 입증한다.

• 한국가스학회지
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• 제27권2호
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• pp.95-103
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• 2023

본 논문에서는 가스압력을 고려할 때 수소가스 저장용기(Type 1)의 거동특성을 평가하기 위해 ISO 18119의 노치형상에 따라 수소가스 저장용기에서 발생한 VMS(von Mises stress)을 유한요소법으로 해석하였다. 해석결과에 따르면 길이방향 노치에서 발생한 최대 VMS가 원주방향 노치보다 높게 발생하였다. 또한, 저장용기의 거동시 발생한 응력을 VMS와 재료의 항복강도 비인 응력비로 분석하였다. 해석결과에 따르면 노치가 길이방향으로 형성된 저장용기의 경우 가스압력 50 MPa에서 저장용기 내부와 외부가 각각 0.85와 0.50로 증가하였으나 1보다 낮게 분석되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2021

최근 기후변화로 인한 집중호우의 영향으로 홍수 시 댐으로의 유입량이 설계 당시보다 증가하여 댐의 안전성 확보가 필요하다(감사원, 2003). 이에 건설교통부(2003)는 기후변화와 댐 노후화에 대비하여 치수능력증대사업을 추진하여 댐의 홍수배제능력을 확보하였고, 환경부(2020)에서는 40년 이상 경과된 댐을 대상으로 스마트 안전관리체계 구축을 통한 선제적 보수보강, 성능개선 및 자산관리로 댐의 장수명화를 목적으로 댐의 국가안전대진단을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 댐 시설(여수로)의 노후도 평가 시 활용 될 수 있는 여수로 표면손상 원인규명에 대하여 3차원 수치모형(FLOW-3D 및 COMSOL Multiphysics)을 통해 검토하고자 한다. 연구대상 댐은 𐩒𐩒댐으로 지형 및 여수로를 구축하였으며, 계획방류량(200년 빈도) 및 최대방류량(PMF) 조건에서 모의를 수행하였다. 수치모의 계산의 정확도 검토를 위하여 Baffle의 설치를 통하여 시간에 따른 유량의 변화를 설계 값과 비교하였고 오차가 1.0% 이내를 만족하는 것을 확인하였다. 여수로 표면손상의 다양한 원인 중 기존연구(USBR, 2019)를 통하여 공동침식(Cavitation Erosion) 및 수력잭킹(Hydraulic Jacking)에 초점을 두었으며 방류조건 별 공동지수(Cavitation Index)산정을 통하여 공동침식 위험 구간을 확인하였다. 이음부의 균열 및 공동으로 인한 표층부 콘크리트의 탈락현상을 가속화시키는 수력잭킹 검토를 위하여 국부모형을 구축하였고 음압력(Negative Pressure), 정체압력(Stagnation Pressure), 양압력(Uplift Pressure)의 분포를 확인하였다. 최종적으로 COMSOL Multiphysics를 통하여 압력분포에 따른 구조해석을 수행하여 폰 미세스(Von Mises) 등가응력 및 변위를 검토하여 콘크리트의 탈락가능성을 확인하였다. 본 연구는 여수로 공동부 및 균열부에서의 손상메커니즘을 확인할 수 있는 기초적인 연구이지만 향후에는 다양한 지형조건 및 흐름조건에서의 압력분포 분석 및 유체-구조물 상호작용(Fluid-Structure Interaction, FSI)모의를 수행한다면 구조물 노후도 및 잔존수명 평가에 필요한 손상한계함수 도출이 가능할 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권3A호
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• pp.447-455
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• 2006

순수변위 비선형 4절점 쉘요소의 정식화를 제안하여 철근 콘크리트, 강재및 복합재료등 범용 목적의 구조물의 해석에 적합하도록 하였다. 기하강성의 정식은 2차 운동역학적 관계를 이용하여 쉘이 중립면에서 정의되었고 이러한 기하강성은 면내응력, 휨 모멘트와 수직 전단력의 형태로 구성되어 두꺼운 판 및 쉘의 해석에 효과적이다. 가정된 자연 변형률 방법을 사용하여 전단잠김 문제를 제거한 복합 쉘 요소는 얇은 판및 쉘의 경우에도 정확한 해를 구할 수 있다. 콘크리트 경우 소성이론 및 탄소성 파괴역학에 근거한 비탄성 해석이 가능하며 강재경우 폰미스의 항복이론과 이바노브의 항복이론을 이용한 소성해석이 가능하다. 복합 재료의 수직전단 강성 행렬은 평형방정식으로부터 유도하여 구성하였다. 본 연구에서 제안한 쉘 요소는 해석 예제들이 참고문헌과 잘 일치하여 정확성이 입증되었으며 범용목적의 박판구조 해석에 적합한 것으로 사료 되었다.

• 대한치과교정학회지
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• 제53권6호
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• pp.420-430
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• 2023

Objective: The purpose of this finite element method (FEM) study was to analyze the biomechanical differences and tooth displacement patterns according to the traction direction, methods, and sites for total distalization of the mandibular dentition using clear aligner treatment (CAT). Methods: A finite element analysis was performed on four FEM models using different traction methods (via a precision cut hook or button) and traction sites (mandibular canine or first premolar). A distalization force of 1.5 N was applied to the traction site by changing the direction from -30 to +30° to the occlusal plane. The initial tooth displacement and von Mises stress on the clear aligners were analyzed. Results: All CAT-based total distalization groups showed an overall trend of clockwise or counterclockwise rotation of the occlusal plane as the force direction varied. Mesiodistal tipping of individual teeth was more prominent than that of bodily movements. The initial displacement pattern of the mandibular teeth was more predominant based on the traction site than on the traction method. The elastic deformation of clear aligners is attributed to unintentional lingual tipping or extrusion of the mandibular anterior teeth. Conclusions: The initial tooth displacement can vary according to different distalization strategies for CAT-based total distalization. Discreet application and biomechanical understanding of traction sites and directions are necessary for appropriate mandibular total distalization.

• 대한치과보철학회지
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• 제52권4호
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• pp.305-311
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• 2014

목적: 다양한 원인으로 발생된 Abfraction 병소가 있는 치아를 금속도재관으로 수복 할 경우, 변연의 위치에 따라 예후가 다양해질 수 있다. 수복물의 장기적 성공을 검증하기 위해서는 응력분포의 분석이 필요하지만 금속도재관이 abfraction 병소의 적응증인 경우 금속도재관이 응력 분포에 미치는 영향을 밝히는 연구는 아직 없다. 본 연구의 목적은 abfraction 병소가 있는 치아를 수복하는 금속도재관이 바람직한 응력 분포를 나타낼 수 있는 조건을 알아 보고자 함이다. 재료 및 방법: 치아, 주위 조직과 금속 도재관의 외형을 반영한 2차원 유한 요소모델을 제작하고 144 N의 편심 교합력 하에서의 응력분포를 유한요소 분석법으로 분석하였다. 금속 도재관의 변연 위치를 쐐기모양의 결손부의 하연에(Group 0), 그리고 결손부의 하연보다 1 mm 하방(Group 1)과 2mm 하방(Group2)에 위치시켰다. 결과: Group 0에서 von Mises stress는 금속 도재관의 변연과 결손부의 첨부에 집중 되었고 협측 변연의 응력은 설측 부위로 분포되었다. Group 1과 Group 2에서의 응력분포양상은 비슷하게 나타났다. 응력은 결손부의 첨부에 집중되지만 협측과 설측의 응력띠는 서로 분리된 양상으로 나타났다. 결론: 금속도재관의 변연을 Abfraction 병소의 하연에 설정할 경우, 금속도재관은 Abfraction 병소의 첨부에 응력을 집중시킨다.