• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.116-118
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• 2011

일반적으로 나노입자의 크기는 나노복합체의 역학적 특성에 상당한 영향을 미친다. 이에 본 연구에서는 나노입자 크기를 고려한 나노복합체 재료 구성모델 (Kim et al., 2011)을 소개하고자 한다. Kim et al. (2011)에 의해서 나노입자 크기효과를 위한 Size-dependent Eshelby tensor가 미세역학 모델에 적용되었으며, 나노스케일 해석과 함께 다양한 수치해석을 수행하였다. 특히, 본 연구에서는 이를 활용하여 $SiO_2$/Epoxy 나노복합체의 역학적 특성을 예측해 보았다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.243-246
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• 2009

본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 미시역학 모델을 이용하여 나노입자의 크기와 체적분율 변화가 나노복합재의 물성변화에 미치는 영향을 효과적으로 묘사할 수 있는 순차적 브리징 해석기법을 개발하였다. 나노 입자의 크기변화와 체적분율 변화에 따른 영률과 전단계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측한 후, 이를 연속체 모델에서 구현하기 위해 다중입자 모델을 적용하였다. 나노입자의 크기효과를 반영하기 위해 입자와 기지 사이에 유효계면을 추가적인 상으로 도입하였고, 체적분율 효과는 나노복합재를 둘러싸는 무한영역의 물성값을 통해 조절되도록 하였다. 유효계면과 무한영역의 물성을 입자의 반경과 체적분율의 함수로 근사한 후, 다양한 입자의 크기와 체적분율에서 나타나는 나노복합재의 물성변화를 예측하였다. 제안된 해석기법의 적용을 통해 분자동역학 전산모사 결과와 잘 일치하는 예측해를 효과적으로 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.247-250
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• 2009

본 연구에서는 반복하중을 받는 구리 나노와이어에서 나타나는 초탄성 거동을 분자동역학 전산모사를 통해 해석하였다. 나노스케일에서는 표면적 대 부피비가 매우 크기 때문에 표면효과가 지배적으로 나타난다. 이로 인해 벌크상태에서는 보이지 않던 새로운 성질들이 나노크기에서 나타나는데, 이러한 효과로 인해 나노와이어의 경우에는 초탄성 거동을 보인다. 초탄성 거동은 나노와이어의 결정학적 방향의 재배열에 의한 것으로써, 하중을 받는 동안 나노와이어의 결정 구조는 변하지 않으며, 쌍정의 발생 및 쌍정계면의 전파에 의해 결정학적 방향이 재배열된다. 재배열에 의해 부분적으로 변형되었던 나노와이어는 하중을 제거하거나 하중의 방향이 바뀜에 따라 원래의 상태를 회복하는 거동을 보이게 된다. 본 연구에서는 분자 동역학 전산 모사를 통해 <100>/{100} 구리 나노와이어가 반복적인 압축-인장 거동 하에서 초탄성을 보이게 됨을 확인하였으며, 반복 하중 싸이클을 증가시키는 전산모사를 통해 나노와이어의 초탄성이 영구적으로 유지됨을 확인하였다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.127-130
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• 2011

본 연구에서는 나노입자와 고분자 기지 간에 공유결합을 형성시킨 나노복합재의 계면특성과 탄성계수에서 나타나는 크기효과를 고려하기 위해 분자동역학과 미시역학모델을 순차적으로 연계하는 멀티스케일 해석모델을 제안하였다. 나노입자의 체적분율이 동일한 5개의 나노복합재 셀에 대해, 입자의 표면 원자와 고분자 기지 간에 탄소로 구성된 공유결합을 생성시킨 후 분자동 역학 전산모사를 통해 탄성계수를 예측하였고, 공유결합이 존재하지 않는 나노복합재의 탄성계수와 이를 비교하여 계면의 물성증가와 탄성계수에서 나타나는 입자의 크기효과를 규명하였다. 향상된 계면의 특성을 연속체 해석 모델에서 고려하기 위해 분자동역학 해석결과와 미시역학 모델을 연계하는 순차적 브리징 기법을 적용하였고, 이로부터 계산된 계면의 물성의 타당성을 유한요소 해석을 통해 검증하였다. 그 결과 입자와 기지 간 공유결합을 통해 나노복합재가 보다 넓은 범위에 걸친 크기효과를 나타냈으며, 제안된 브리징 모델을 통해서 물리적으로 타당한 계면의 탄성계수 값을 계산할 수 있었다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.36 no.2
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• pp.131-136
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• 2023

Nanocomposites have been considered innovative composite materials that have multi-functionality and high performance. Because the incorporation of nanoscale fillers may significantly improve the electrical, mechanical, and thermal properties of composites, numerous extensive studies on the characterization of nanocomposites with nanoscale fillers have been performed. In particular, the development of nanocomposites using carbon-based nanoscale fillers (e.g., carbon nanotubes, carbon black, graphene nanoplates) have attracted much interest in the composite field. This paper provides a review of recent advances in the electrical/mechanical characteristics of nanocomposites, which are essential for their practical applications. Furthermore, this paper revisits the recent research on multi-scale modeling, which is a promising approach for predicting the characteristics of nanocomposites. The current challenges and future development potentials for multi-scale modeling are also discussed.

• Composites Research
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• v.30 no.3
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• pp.193-201
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• 2017

Molecular dynamics simulation and the Mori-Tanaka micromechanics study are performed to investigate the effect of the covalent grafting between CNT and polyester on the mechanical behavior and load transfer of nanocomposites. The transversely isotropic stress-strain curves are determined through the tension and shear simulations according to the covalent grafting. Also, isotropic properties of randomly dispersed nanocomposites are obtained by orientation averaging the transversely isotropic stiffness matrix. By addressing the grafting, the transverse Young's modulus and shear moduli of the nanocomposites are improved, while the longitudinal Young's modulus decreases due to the degradation of the grafted CNT.

• Composites Research
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• v.30 no.4
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• pp.247-253
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• 2017

In this study, the mechanical behavior and interface properties of boron nitride nanotube-poly(methyl methacrylate) nanocomposites are predicted using the molecular dynamics simulations and the double inclusion model. After modeling nanocomposite unit cell embedding single-walled nanotube and polymer, the stiffness matrix is determined from uniaxial tension and shear tests. Through the orientation average of the transversely isotropic stiffness matrix, the effective isotropic elastic constants of randomly dispersed microstructure of nanocomposites. Compared with the double inclusion model solution with a perfect interfacial condition, it is found that the interface between boron nitride nanotube and polymer matrix is weak in nature. To characterize the interphase surrounding the nanotube, the two step domain decomposition method incorporating a linear spring model at the interface is adopted. As a result, various combinations of the interfacial compliance and the interphase elastic constants are successfully determined from an inverse analysis.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2014.03a
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• pp.89-101
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• 2014

나노 규모의 좁은 공간에서는 분자들과 벽면과의 상호작용이 커서 분자들의 거동에 큰 영향을 준다. 이와 관련하여 최근에 나노슬릿 (nano-slit)이나 나노채널(nano-channel)과 같은 제한된 공간(confined geometry)에서 DNA의 구조적, 동역학적 거동에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 연구에서 모티브를 얻어 많은 입자들(spheres)로 이루어진 나노슬릿(nano-slit)사이에 Leonard-Jones potential을 따르는 용매분자들과 고분자가 들어있는 시스템을 구성하여 고분자의 동역학에 관해 연구하고자 하였다. 이때 슬릿(slit)은 약간의 탄성 포텐셜을 가지는 경우와 완전히 고정되어서 움직이지 않는 경우로 나누어 실행하였다. 더불어 고분자의크기, 용매의 종류, slit 사이의 간격 등의 변화가 고분자의 동역학에 어떤 영향을 주는지 살펴보았다. 이를 통해 환경적 조건에 따른 나노슬릿(nano-slit)에서 고분자의 움직임의 양상을 이해할 수 있었다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.558-561
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• 2010

본 연구에서는 나노복합재의 탄소성 거동과 항복응력을 예측하기 위해 분자동역학 전산모사를 수행하였다. 나일론 기지와 실리카 나노입자가 포함된 단위 셀 구조로부터 나노입자의 체적분율 변화에 따른 응력-변형률 선도를 등변형률을 적용한 등온등압 앙상블 전산모사로부터 도출하였다. 4%의 변형률 범위에서 나노복합재의 탄성계수를 도출하였고, 이를 이용하여 2% 오프셋 방법으로 항복응력을 예측하였다. 나노입자의 유무에 따른 항복평면의 변화와 고분자 재료에서 나타나는 정수압 효과가 항복평면에 미치는 영향을 확인하기 위해 일축 인장/압축 그리고 이축 인장/압축을 수행하였고, 각각의 경우에 나타나는 나노복합재 내부의 자유체적 변화에 대한 분석을 통해 나노입자의 강화효과를 고찰하였다. 또한 고분자 기지로 인해 발생하는 정수압 효과를 반영한 von-Miss 항복평면을 도출하고, 입자의 체적분율 변화에 따른 항복응력의 예측이 가능하도록 정수압효과에 대한 파라메터를 체적분율의 함수로 근사하였다.

• Journal of the KSME
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• v.44 no.3
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• pp.46-54
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• 2004

이 글에서는 독자의 이해를 돕기 위해, 비교적 쉽게 전산모사 할 수 있는 균열진동해석, 나노압입 해석, 나노리소그래피 해석 등 세 가지에 대한 분자동역학 해석 결과를 소개한다.