전기변형(electrostriction)이란 물체에 전압을 인가했을 때 맥스웰 응력이 나타나고, 이로 인하여 물체가 변형되는 현상을 말한다. 이러한 성질은 대부분의 유전체에서 나타나는데, 특히 탄성계수가 낮은 엘라스토머에 적용하면 전기에너지가 효율적으로 변환되어 큰 변형과 힘을 발현한다. 이렇게 전기변형을 크게 일으키는 고분자를 전기변형 고분자(electrostrictive polymer, EP)로 분류하며, 이들은 구동체 및 센서, 인공근육, 음향전달 장치 분야로의 활용이 유망한 재료로 예견되고 있다. 본 연구에서는 폴리우레탄과 아크릴 고무 등의 유전성 탄성체(dielectric elastomer)를 이용하여 전극-EP-전극의 적층을 이루는 유니모프 구동체를 제조하여 구동시켰고 주파수를 증가시키면서 작동시킬 때 구동체의 운동범위가 감소하는 현상을 전기적, 기계적으로 해석하고자 유전율과 탄성율을 주파수에 따라 측정하는 한편, 고전적 적층이론을 이용하여 EP의 구동역학을 모델링 하였다. 실험결과, 주파수 증가에 따른 구동체의 운동 변위 감소는 재료의 유전 완화시간과 밀접한 관계를 가졌음을 알 수 있었고, 고전적 적층이론으로 해석한 유니모프 구동체의 운동은 실제 적용한 우레탄 구동체의 운동과 상당히 유사한 거동을 보였다.
잠수된 원형실린더의 대진폭운동에 대한 수치해석이 제시된다. 방법은 포텐셜이론에 근간을 두고 정현파중에서 2차원 운동은 초기치 문제로 귀결된다. 완전한 비선형자유표면 조건은 수치 계산영역에서 적용되고, 비선형 수치해는 수치계산의 임의의 가정된 경계를 따라 외부영역에서의 선형해로서 부과된다. 잠수된 원형실린더의 대진폭운동의 계산은 직접적으로 시간영역에서 시뮬레이션된다. 계산결과로 부터 물체와 유체입자의 상호 운동은 부양운동과 표류운동에 중요한 효과를 준다.
본 연구의 목적은 원위지점에서 움직이는 실험 데이터를 이용하여 그 점들의 회전운동 순간 중심점을 분석하는 프로그램(Centering 1.0)을 개발하는 것이다. 이를 위해 수학적인 알고리즘을 정의하고, 물체의 운동에 대한 실험 데이터를 입력하여 회전운동 순간 중심점을 찾아내는 컴퓨터 프로그램을 구현하였다. 프로그램을 검증하기 위한 실험 데이터는 한명의 숙련된 여성골퍼의 피칭(40m 캐리)과 퍼팅(4m) 스트로크 시 클럽의 움직임으로 수집하였다. 그리고 이 데이터를 본 연구를 통해 개발된 회전운동 순간 중심점 분석 프로그램에 적용하여 클럽의 움직임 시 회전의 중심점을 찾고, 그 위치의 크기를 반지름으로 나타내었다. Centering 1.0 프로그램은 구간을 크게 정의할 때 반지름의 오차가 약간 있었으나, 구간을 작게 나눌수록 매우 근사치의 값을 제시하여주었다. 피칭과 퍼팅을 비교할 경우에 피칭의 반지름이 퍼팅보다 매우 작게 나타났으며, 퍼팅의 경우 중심의 위치는 인체 내에 있지 않고 최고 3m 외부에 위치하는 것으로 나타났다. Centering 1.0 프로그램은 회전운동에서 구한 데이터의 최소 3개만 입력하면 반지름 값을 알 수 있으며, 이것이 누적되면 회전운동 순간 중심점의 이동경로를 알 수 있다.
기계나 구조물의 수명을 결정하는 마멸은 물체간의 접촉으로 인한 것이고 마멸을 줄이기 위해 윤활이 발달되어 왔다. 여러 형태의 마멸을 해석하기 위해서 접촉역학의 이해는 필수적이라 할 수 있다. 하중과 운동 조건에 의한 다양한 접촉문제를 일반적으로 다루기 위해 접촉면을 중심 으로 한 접근 방법을 소개하였으며, 접촉문제의 특이성을 보이기 위해 마찰접촉문제 해석을 위한 한기법을 간단히 기술하였다. 고속 볼 베어링의 특성 해석과 접촉형상 최적설계를 통하여 광 범위한 접촉 역학의 적용의 일부를 소개하였다.
마찰계수는 서로 접촉하여 운동하는 두 물체간의 특성으로 간주되며 일반적으로 상대속도나 작용하중에 별로 영향을 받지 않는 것으로 알려져 있다. 화학적으로나 물리적으로 오염되지 않은 깨끗한 금속간의 마찰실험의 경우, 이 실험이 불활성 가스나 진공내에서 행해질 경우 상당히 큰 마찰저항을 경험하게 되나, 공기중에서의 실험에서는 작은 마찰저항이 기록되어 산화막이나 다른 오염물에 의해 형성된 막이 마찰저항을 감소시킨다고 보고 있다.
기존의 방법에서는 비선형 운동 물체의 운동 방정식을 선형화하므로써 비행체의 운동 상태방정식을 구하고, 각 제어 기관에 따라 전달함수를 구하여 안정성 판별과 더불어 제어기를 설계하였다. 이러한 설계 방법으로는 일반적인 비행기와 같은 형태, 비행 환경이 급격하게 변하지 않고 속도가 빠르지 않는 비행체의 유도/제어기 설계에 많이 사용되어 많은 성능을 발휘할 수 있다. 그러나 이러한 설계 방법은 통상적이지 않는 비행체 형태뿐만 아니라 빠른 속도에서 급격한 움직임을 갖는 비행체에서는, 기존의 유도/제어기 설계 방법으로는 이러한 비선형성으로 인하여 제어성(경로문제)과 안정성(안정화문제)을 동시에 충족할만한 성능을 발휘 할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 이러한 불확실성이 내포된 비행체 제어 문제에서 제어성과 안정성을 동시에 충족시키기 위한 과정 중 먼저 제어성 문제를 해결하기 위한 비행체 제어성을 분석하고 모델을 제시한다. 또한 본 논문에서 비행체 모델과 동역학 모델에서 제어 요소로서 하중(중력수)을 설정하고 비행 특성에 따른 제어요소 값을 살펴본다. 이것은 Min 설계 방법 1단계이다.
A CFD simulation technique has been developed to handle the unsteady body motion with large amplitude by use of overlapping multi-block grid system. The three-dimensional, viscous and incompressible flow around body is investigated by solving the Navier-Stokes equations, and the motion of body is represented by moving effect of the grid system. Composite grid system is employed in order to deal with both the body motion with large amplitude and the condition of numerical wave maker in convenience at the same time. The governing equations, Navier-Stokes (N-S) and continuity equations, are discretized by a finite volume method, in the framework of an O-H type boundary-fitted grid system (inner grid system including test model) and a rectangular grid system (outer grid system including simulation equipments for generation of wave environments). If this study, several flow configurations, such as an oscillating cylinder with large KC number, are studied in order to predict and evaluate the hydrodynamic forces. Furthermore, the motion simulation of a Series 60 model advancing in a uniform flow under the condition of enforced roll motion of angle 20$^{\circ}$ is performed in the developed numerical wave tank.
지면 근처에 존재하는 뭉뚝한 물체의 유동장 이해는 자동차 및 항공 업계에 매우 중요한 분야이다. 이를 위해 비압축성 평균 Navier-Stokes 방정식에 $\varepsilon{-SST}$ 난류 모델을 적용하여 정사각주와 이동 지면의 간극 유동을 해석하였다. 비정상 진동을 억제하기 위하여 사각주 하부에 수직/수평의 펜스 설치 효과를 연구하였다. 지면이 운동할 경우에는 지면의 박리 전단층의 강도가 약화되어 사각주 상/하부의 박리 전단층 상호 작용을 촉진시키므로 고정 지면에 비하여 더 낮은 간극에서도 와류 배출이 발생한다.
뉴턴과 아인슈타인의 시공간에 대한 표준적 해석에 의하면 독립적으로 존재하는 시공간이란 존재자가 물체의 운동을 인과적으로 설명한다. 이 논문은 뉴턴과 아인슈타인의 시공간을 해석하는 이 견해를 비판적으로 고찰한다. 이두 이론에서 시공간을 해석하는 최근 과학사와 과학철학의 연구를 중심으로 필자는 시공간 구조가 운동법칙의 부산물이지 그 반대가 아님을 주장한다. 이러한 시공간의 동역학적 견해를 통해 시공간이 가지는 인과적 속성이 뉴턴물리학에서 아인슈타인 물리학으로의 이론변화의 발전에 의미 있는 기능을 하지 못하였음을 주장할 것이다.
본 연구에서는 3차원 운동을 하는 다물체 기구가 물체 수와 조인트 연결상태 만 주어진 상태에서 구성상태에 따라 절점 좌표계를 이용하여 모델링하고 MACSYMA를 써서 복잡단조로운 대수 계산을 하여 모든 운동학적 정보를 얻어내며 수치계산이 필요 하면 별도의 프로그램을 이용 수치해석을 하는 과정을 밟는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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