• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권6호
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• pp.599-606
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• 2000

고정체 나사산 형상이 식립된 고정체를 둘러싸고 있는 턱 뼈에서 발생된 응력분포에 미치는 영향과 효과적인 나사산 형상을 결정하기 위해서 다양한 치아 고정체 형상에 대해서 응력해석을 수행하였다. 나사산 골 한쪽 부위에 라운딩이 된 형상의 고정체에서 발생된 응력분포는 다른 나사산 형상의 고정체에서 발생된 응력분포보다 더 효과적으로 나타났다. 이 해석 결과를 근거로 최적의 고정체 치수를 결정하기 위해서 나사산 끝단의 폭, 나사산 높이, 그리고 가해지는 하중의 방향 등과 같은 설계 변수의 변화에 따른 응력해석이 수행되었다. 최대 응력 집중은 고정체 나사산의 첫단 부위에서 발생하였으며, 100 N의 15도 경사하중이 가해졌을 때 발생된 최대 등가응력은 동일 크기의 수식하중보다 2배 정도 더 높게 나타났다. 그리고 나사산 끝단의 폭과 나사산 높이 사이의 연관성에 관련된 해석결과에서 나사산 끝단의 폭과 나사산 높이 사이의 연관성 효과는 무시할 만큼 작다는 것을 알았다. 고정체의 나사산 피치에 대한 나사산 끝단의 폭의 비와 나사산 높이의 비가 각각 0.5와 0.46일 때 다른 고정체의 치수들보다 더 효과적인 응력분포가 나타났다

• 대한치과보철학회지
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• 제52권4호
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• pp.279-286
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• 2014

목적: 임플란트가 식립되는 동적과정을 유한요소해석으로 모사하여, 임플란트 나사형상 차이가 변연골의 식립 응력발생에 미치는 영향을 조사하고자 한다. 재료 및 방법: 코어직경 3.5 mm, 매식부 길이 10 mm인 Straumann 임플란트 몸체 외형에 서로 다른 4종의 나사산이 부여된 가상의 임플란트 모델 4개를 CAD 프로그램을 이용하여 각각 제작하였다. 4종 나사산은 buttress 형, v-자 형, reverse buttress 형, square 형이며, 나사산의 높이와 피치는 0.3 mm와 1.0 mm로 모두 동일하다. 각 임플란트가 3.8 mm pilot hole을 갖는, 1.2 mm 두께 치밀골에 식립되는 과정을 $DEFORM^{TM}$ 3D (ver. 6, SFTC, Columbus, OH, USA) 프로그램을 사용하여 모사/해석하였으며, 식립이 진행되는 과정에 인접골에 생성/누적되는 응력(식립응력)을 비교 분석하였다. 결과: 임플란트 식립 초기, 그 하단부가 pilot hole 내로 진입하며 나사산이 골벽을 압박/변형시키는 단계에서 식립 토오크와 응력이 급격히 발생하였으며 그 이후에 토오크와 응력이 모두 감소하는 변화를 보였다. 식립 응력은 임플란트 나사산 형상에 따라 현저한 차이가 있었으며, v-자형 나사산 경우가 가장 낮았고, square 형의 경우가 가장 높았다. 나사산 차이가 인접골 응력에 미치는 영향은 나사산 첨부 보다는 기저부에 인접한 위치에서 더 현저하였다. 결론: 임플란트 식립응력을 낮추어 골융합에 유리한 환경을 조성하는데는 나사산 첨부가 상대적으로 날카로운 v-자형 나사산이 유리하다.

• 한국정밀공학회지
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• 제32권6호
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• pp.503-507
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• 2015

In this study, we compare the performance of the screw through the Clamping force of the test materials to change shape and structure, one of the ways to maintain and improve the engaging force to cope with the miniaturization of the fastener threads are further thinner and lighter precision way that can improve the fastening force of the screw results were as follows. The clamping force according to the materials was $7.57N{\cdot}cm$ in SUS XM7 and SWCH18A was $5.97N{\cdot}cm$. This result was to be found to average 13.5% high in the Clamping force of SUS XM7 materials. In the case of the clamping force of the screw thread shape change, the clamping force of symmetrical and asymmetrical thread was $6.78N{\cdot}cm$ and $7.57N{\cdot}cm$. The clamping force of the asymmetrical thread showed an average high of 11.6%.

• 한국정밀공학회지
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• 제31권9호
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• pp.839-846
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• 2014

Recent trends in the miniaturization and weight reduction of portable electronic parts have driven the use of subminiature screws with a micrometer-scale pitch. As both screw length and pitch decrease in subminiature screws, the resulting clamping force becomes diminishes. In this work, Finite element (FE) analysis is performed to evaluate clamping force of a screw assembly, with a comparison with experimental result. To improve clamping force of subminiature screws, a new screw design is considered by modifying screw thread angle: the thread angle is varied as an asymmetric way unlike the conventional symmetric thread angle. FE analyses are then performed to compare the clamping characteristics of each subminiature screw with different thread angle. The effect of thread angles on the clamping force is then discussed in terms of structural safety for both positive and negative screws.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.86-86
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• 2018

볼트, 너트 등의 파스너는 건축 재료나 기계부품을 고정하는 데 사용하는 기계요소로, 건축, 철도, 조선 등 전 산업분야에 걸쳐 사용되고 있다. 그 중 스테인리스 소재의 볼트, 너트는 뛰어난 내식성과 저렴한 가격으로 널리 사용되고 있는데, 소재의 특성 및 작업현장의 상황, 온도의 변화 등의 원인에 의해 고착현상(galling)이 발생한다. 고착현상이란 성분 혹은 표면경도가 비슷한 금속의 나사산을 조이는 과정에서 발생하는 압력의 증가 및 마찰력에 의해 냉간 용접(cold welding)이 일어나는 것으로 나사산의 표면이 눌어붙게 된다. 이러한 고착현상은 스테인리스 소재에서 많이 발생하는데, 한번 발생한 후에는 비파괴 해소가 불가능한 상태가 되어 경제적 손실을 야기한다. 이러한 고착현상의 해소를 위해 본 연구에서는 주석과 알루미늄을 사용한 새로운 열 확산 코팅 기술을 개발하고 이를 304 스테인리스강에 적용하여 열처리 온도에 따른 특성변화를 확인하였다. 열 확산 코팅을 위해 팩 세멘테이션 방법을 이용하여 아르곤 분위기 하에서 열처리 하였고, 온도는 $200{\sim}250^{\circ}C$에서 코팅을 수행하였다. 이에 따른 코팅 전과 후의 표면 및 단면 분석을 통해 성공적으로 코팅층이 형성됨을 확인하였고, 온도가 증가함에 따라 코팅성분의 양이 증가하는 현상을 보임을 알 수 있었다. 또한, 고착방지성능을 확인하기 위하여 ASTM G196-08 시험을 통해 코팅조건에 따른 고착현상을 분석하였으며, 그 결과 기존에 코팅되지 않은 304 스테인리스강보다 고착현상이 개선됨을 확인하였다. 따라서 304 스테인리스강 소재의 볼트, 너트 제품에 주석-알루미늄 코팅층을 적용시키면 기존의 고착현상을 개선하고 서비스 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국연소학회지
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• 제18권3호
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• pp.68-74
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• 2013

가스터빈용 희박 예혼합 연소기 내부에 와류 발생기(vortex generator)를 장착하여 그에 따른 연료/공기혼합 및 NOx 배출 특성 변화를 조사하였다. 이를 위해 수치해석적 방법을 채택하여 연소기내 유동특성, 연료/공기 혼합도, 배기가스(NOx), 화염형상을 분석하였다. 와류 발생기를 장착한 경우, 연소기 내부에서 와류 발생기에 의한 나사산 형상으로 인해 와류가 형성되며 이는 연소기 전면부까지 유지되었다. 또한 연소기 내부 면적 차로 인해 압력섭동이 발생하였다. 이와 더불어 연소기 전면부 기준 상류지역의 연료와 공기의 혼합도가 증가됨으로서 연료 과농지역이 감소하게 되며 이로 인해 전반적인 NOx 발생량의 감소 효과를 볼 수 있었다. 화염 형상의 변화로부터 와류 발생기의 영향으로 선회수는 다소 감소할 것으로 예상되며, 이는 와류 발생기로 인한 유속의 반복적 증감에 의한 결과라고 판단된다.

• 전산구조공학
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• 제7권3호
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• pp.133-141
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• 1994

강도활용을 극대화한 볼트의 소성역체결시 볼트의 항복은 볼트에 발생한 인장응력과 너트 나사산과의 접촉면에서 오는 마찰토오크에 의한 전단응력과의 조합에 의한 영향을 받는다. 볼트는 최소단면적인 나사부중 너트와 물리지 않은 여우나사부에서 먼저 항복을 일으킨다. 볼트재료는 대체로 항복과 더불어 소성경화를 보이며 그 정도는 고강도재료에서 인장강도의 10%정도이다. 본 연구에서는 소성역체결시의 거동해석을 변형도증분이론에 의거 해석하였다. 항복은 최소단명이 원통의 표면에서 시작되며 이를 두께가 얇은 원통으로 취급하였다. 항복의 전파는 이들 얇은 원통이 체결이 진행됨에 따라 순차적으로 항복에 이르는 것으로 보고 이 얇은 원통들을 항복시키는데 필요한 축력과 토오크를 합하여 체결종료시의 볼트축력과 (나사면마찰) 토오크로 하였다. M10미터 가는 나사를 계산과 실험에 사용하였다. 축력과 마찰토오크의 마찰계수에 대한 변화관계를 보여주는 그래프와 더불어 실험에서 사용한 볼트의 설계보조 선도를 제시하였다. 이 설계보조용 선도는 실험실에서 얻어진 토오크계수와 마찰계수와의 관계를 그린 것으로 윤활, 포면처리등 현장조건에 따라 달라진 마찰계수를 적절히 취급하는데 효과적으로 활용이 가능하다.

• 대한치과보철학회지
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• 제48권3호
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• pp.224-231
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• 2010

연구 목적: 본 연구에서는 임플란트 경부 디자인의 측면에서 미세나사, 치은 관통부의 곡면 디자인 적용 및 경부 역사면 부여효과를 직접 비교하여 정량적인 평가를 하고자 하였다. 연구 재료 및 방법: 직경 4.1 mm, 길이 10 mm 의 매립형 (submerged) 고정체 (Dentis Co., Daegu, Korea)를 기본 형상으로 설정하였다. 실험 모델로는 대조 모델의 경부 주위, 즉 치은 관통부/지대주 체결 방법에 변화를 준 다섯 가지 경우로 설정하였다 (실험 모델 I: 경부측 3 mm에 높이 0.15 mm, 피치 0.3 mm의 미세나사 (microthread)가 가공된 모델, 실험 모델II: 실험 모델 I 과 동일한 고정체이나, 매립형이 아니라 1-stage 형 (internal type) 디자인을 가진 미세나사가 가공된 모델, 실험 모델 III: 매식부 나사산은 대조 모델과 동일하나 1-stage 형 경부 디자인을 가지는 미세나사가 가공되지 않은 모델, 실험 모델 IV: 일체형 (one piece system) 임플란트로 치은 관통부에 3 mm 직경의 만곡 (concavity)형상을 갖는 모델, 실험 모델 V : 매식부 나사산 및 지대주는 대조 모델과 동일하나 고정체 platform 가장 자리에 높이 1 mm 의 역사면 (reverse bevel)을갖는모델). 유한요소해석을 위해 PC용으로 출시된 상용 프로그램인 NISA II/Display III (EMRC, Troy, MI, USA)를 사용하여, 축대칭으로 임플란트/악골 조합을 모델링하였다. 고정체 형상은 동일하나 경부 (및 치은 관통부) 디자인에 차이가 있는 여섯 종의 임플란트 (대조 모델 + 다섯 종 실험 모델)를 9 mm 폭경의 악골에 식립하고 임플란트 장축에 대해 30도의 각도를 갖는 100 N의 하중을 받는 조건으로 임플란트/골 복합체의 응력을 해석하였다. 결과:실험 모델 I과 실험 모델 IV에서 변연골 응력이 약간 낮았으나 실험 모델 II, III, 실험 모델 V는 대조 모델보다 변연골 응력이 높았다. 최대 절점응력이 기록된 임플란트로부터 0.2 mm 떨어진 위치에서의 응력은 실험 모델 III에서 21.11 MPa로 가장 높았고 실험 모델 II와 실험 모델 V는 비슷한 수준으로 각각 18.39 MPa, 17.88 MPa이었으며 실험 모델 I, IV는 대조모델의 15.09 MPa 보다 약간 낮은 14.78 MPa, 14.63 MPa 였다. 결론: 경부의 미세나사와 치은 관통부의 곡면 (concavity) 부여가 변연골의 응력집중 방지에 효과가 있는 것으로 분석되었다.

• 대한치과교정학회지
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• 제38권4호
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• pp.228-239
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• 2008

식립 후 힘의 부하가 조기에 이루어지는 마이크로임플란트의 경우 식립 시의 골응력 혹은 스트레인의 관리가 그 안정성에 있어 중요한 요인으로 작용할 수 있다. 이에 본 연구에서는 3D 유한요소법을 사용하여 교정용 마이크로임플란트 식립 시 피질골에 발생하는 응력(스트레인)을 해석하였다. 0.9 mm 직경으로 미리 드릴링한 1mm 두께 피질골에 마이크로임플란트(AbsoAnchor SH1312-7, Dentos, Daegu, Korea)가 식립되는 전체 과정(10회전, 식립 깊이 5 mm)의 모사를 위해 총 1,800 step의 유한요소해석을 실시하였다. 식립 진행과 더불어 생기는 나사산 주위 피질골의 기하학적 형상변화를 유한요소해석에 반영하기 위하여 지속적인 remesh를 실행하였으며, 빠른 수렴을 위해 마이크로임플란트는 강체로, 피질골은 강소성체로 모델링하였다. 해석 결과, 마이크로임플란트 식립 시 피질골에 발생되는 스트레인은 임플란트 주위골 전체에서 정상적인 골개형을 위한 한계치로 보고되고 있는 $4,000\;{\mu}$-strain을 상회하였고, 나사산 첨부 인접골에서는 스트레인이 100% 이상에 달하였다. 계산된 피질골 식립토오크는 약 1.2 Ncm 정도로 가토 경골에 동일 모델의 마이크로임플란트을 식립하며 측정한 값에 약간 미달하였으나 근접한 수치를 보였다. 본 연구를 통해, 마이크로임플란트의 식립과정을 3D 유한요소법으로 재현할 수 있음을 확인하였고, 또한 마이크로임플란트 식립에 의해 피질골에 발생하는 스트레인 크기는 생리적인 골개형을 저해할 수 있는 수준임을 확인할 수 있었다.

• 대한치과교정학회지
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• 제37권2호
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• pp.89-97
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• 2007

교정용 스크류의 적절한 식립 토오크는 스크류와 골과의 경계에 적절히 작용하여 실패를 최소화 할 수 있는데, 너무 낮은 식립 토오크는 안정성이 없으며 반면에 너무 강한 식립 토오크는 열, 기계적 손상으로 골 괴사를 야기할 수도 있다. 본 연구에는 임상적으로 스크류의 길이와 직경 및 형태 등을 달리하여 식립 토오크를 측정해서 스크류의 각 부분에 대한 세분화된 토오크의 변화를 분석하고자 하였다. 연구결과 1.5 mm 두께의 인공피질골 블록에서 cylindrical type 스크류와 taper type 스크류 두 형태 모두에서 스크류 길이가 길수록 최대 식립 토오크 값도 함께 증가하였다. 특히 cylindrical type 스크류에서 길이에 따른 토오크 변화에 대해 통계적으로 유의한 차이가 관찰되었다 (p<0.05). 미니스크류의 연속적인 식립 토오크 분석 결과 cylindrical type 스크류는 연속적인 그래프 형태를 보이면서 불완전 나사부에서 식립 토오크가 크게 증가하였으며, taper type 스크류는 나사선의 마지막 경사진 부분에서 식립 토오크가 크게 증가하였다. 외경이 커질수록 최대 식립 토오크 값은 증가하였는데, 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.05). 형태와 외경, 길이는 모두 토오크 값에 유의한 영향을 미치는데, 식립 토오크에 가장 큰 영향을 미치는 것은 외경, 형태, 길이 순서였다. 본 연구 결과 스크류의 식립 토오크에 가장 큰 영향을 미치는 것은 스크류의 외경이며 각각의 해부학적 구조물에 대한 피질골의 두께를 고려하여 적합한 스크류의 두께 및 나사산의 형태를 선택하는 것이 스크류의 초기 고정력을 얻는데 유리하다고 판단된다.