• Composites Research
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• v.23 no.3
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• pp.64-68
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• 2010

Expanded polystyrene(EPS) foams are often used in packaging to protect electrical appliances from impact loads. The energy absorbing performances of the EPS foams depend on several parameters such as density, microstructure and strain rate. Thus, the effects of the parameters on the strength of the EPS foams need to be investigated for an optimized packaging design by FEM. In this study, various EPS foams which have different densities were quasi-statically and dynamically loaded in order to obtain the stress-strain curves. EPS foams of various densities from 18.5 to 37.0kg/m3 were considered in the experiments. A drop-mass type apparatus was developed for the intermediate strain rate tests up to several hundreds/second. It was found from the experimental results that the strength of the EPS foams increase about 170% as the strain rate increases from 0.06/s to 60/s. Experimental results also showed that the strain rate sensitivity increases as the strain increases.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.17 no.6
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• pp.52-57
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• 2013

In this study, the strain energy density, stress and deformation behaviors have been analyzed as functions of a thickness and a force area of protective helmets with and without an extruder on the top of the shell structure using the finite element method. The strain energy density in which is related to the absorption capacity of an impact energy transfer is one of a key element of the helmet safety. The FEM analyzed results show that when the impulsive force of 4,540N is applied on the top surface of the helmets, the maximum stress is linearly reduced for an increased area of impact forces. But, the maximum strain energy density has been reduced for the increased force area. The reduced strain energy density may increase the impulsive forces transferred to the head and neck of helmet wearers, which may decrease the impact energy absorption safety of the helmets. In thus, it is safer design of the helmet in which has an extruded structure on the summit surface, but the modified helmet may decrease the impact energy absorption capacity.

• Composites Research
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• v.22 no.4
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• pp.27-32
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• 2009

Characterisation of the stress-strain relationship as well as crashworthiness of cellular polymer was investigated under constant impact energy with different velocities, considering inertia and strain rate effects simultaneously during the impact testing. Quasi-static and impact tests were carried out for two different density (64 $kg/m^3$, 89 $kg/m^3$) cellular polymer specimens. Also, the equations, coupled with the Sherwood-Frost model and the Impulse-Momentum theory, were employed to build the constitutive relation of the cellular polymer. The nominal stress-strain curves obtained from the constitutive relation were compared with results from impact tests and showed to be in good agreement.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2004.11a
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• pp.285-290
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• 2004

Low cycle fatigue tests are performed on the Inconel 617 that be used for a hot gas casing. The relation between strain energy density and numbers of cycles to failure is examined in order to predict the low cycle fatigue life of Inconel 617. The life predicted by the strain energy method is found to coincide with experimental data and results obtained from the Coffin-Manson method. Also the cyclic behavior of Inconel 617 is characterized by cyclic hardening with increasing number of cycle at room temperature.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.10
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• pp.1163-1169
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• 2012

Rubber, a hyperelastic material, is the main material used in tires. During the operation of a car, the tire receives various types of loads. The accumulation of strain energy due to such loads induces tire failure. Generally, because rubber materials used for tires have stress softening characteristics, unlike metals, test methods used for metals cannot be applied to rubber. Therefore, in this study, for the evaluation of the fatigue properties of two types of specimens that have different material components, a tensile test and a fatigue test according to the extended strain range dissimilar to ASTM D4482 are performed, and fatigue life equations are proposed based on the test results.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.26 no.5
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• pp.1-10
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• 2022

For Cu-Cr alloy developed for rocket engines, estimated fatigue lives were calculated using various fatigue life prediction methods and compared with fatigue life acquired from low-cycle fatigue tests. The utilized methods for fatigue life prediction are as follows: Coffin-Manson relation, plastic/total strain energy density relations, Smith-Watson-Topper relation, Tomkins relation, and Jahed-Varvani relation. As results of estimation of fatigue lives, it satisfied within scatter band two compared to the test fatigue lives in all methods. The quantitative calculation of the deviation of predicted fatigue lives gives that the total strain energy density relation presents the best result.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.12
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• pp.1027-1035
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• 2016

In this study, a strain-controlled fatigue test of widely-used 316L stainless steel with excellent corrosion resistance and mechanical properties was conducted, in order to assess its fatigue life. Low cycle fatigue behaviors were analyzed at room temperature, as a function of the strain amplitude and strain ratio. The material was hardened during the initial few cycles, and then was softened during the long post period, until failure occurred. The fatigue life decreased with increasing strain amplitude. Masing behavior in the hysteresis loop was shown under the low strain amplitude, whereas the high strain amplitude caused non-Masing behavior and reduced the mean stress. Low cycle fatigue life prediction based on the cyclic plastic energy dissipation theory, considering Masing and non-Masing effects, showed a good correlation with the experimental results.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.697-698
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• 2013

최근에 유연한 성질을 갖는 전자기기들의 수요가 증가하면서, 그에 따라서 유연 전자기기를 뒷받침 해줄 수 있는 에너지 저장체의 유연한 성질도 중요성이 점점 부각되고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 유연한 에너지 저장체의 많은 연구들이 유연한 금속 박막이나 특수 공정처리가 필요한 고분자를 이용하고 있으나, 대부분의 유연 에너지 소자들은 에너지 저장체의 성능에 비해 고온과 산 약품과 같은 환경이 필요하며, 비용과 시간이 많이 소모되고 있다. 그에 반해 섬유는 앞에서와 같이 특수 공정 처리가 따로 필요하지 않으며 상온에서도 손 쉽게 이용 가능하며, 신축성이 뛰어난 장점이 있기 때문에 효율적, 비용적으로 유연한 에너지 저장체에 유리한 소재이다. 몸에 해로운 산과 같은 약품처리의 필요도 없으며, 용매를 흡수하는 능력이 뛰어나기 때문에 용매를 이용한 도포 방법을 사용하면 다양한 물질을 폭넓게 적용 가능하다. 그리고 적용 분야에 맞춰서 섬유의 종류를 조절하면 다양한 성질을 갖는 천 기반의 에너지 저장체가 형성되며, 면 섬유가 수소 결합과 높은 반데르 발스 결합에 의해 탄소나노튜브와 결합하여 높은 에너지 밀도를 갖는 에너지 저장체를 형성하는 것을 분석한 논문들도 보고되고 있다. 면 섬유의 특수한 성질을 이용하여 에너지 저장체를 제작하고 이를 확인하기 위해서 일반 합성 섬유인 polyester와 면 섬유를 비교 제작하였으며, 용매의 형태로 손쉽게 도포 가능한 물질은 탄소 계열의 활물질들이며, 탄소 나노 튜브나 그래핀 등이 분산된 용액을 이용해 천에 도포 가능하다. 탄소 계열의 활물질들은 대표적인 슈퍼캐패시터 물질이며, 천에 도포를 함으로써 천 기반의 슈퍼캐패시터를 제작하였다. 일반 합성 섬유 polyester와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량(Maximum specific capacitance)이 53.6 F/g으로 나타났으며, 면 섬유와 CNT를 결합한 형태의 전극은 최대 에너지 축전 용량이 122.1 F/g으로 나타났다. 따라서 면 섬유에서 높은 에너지 저장 능력을 보이는 것을 실험적으로 확인하였으며, 에너지 저장 능력이 뛰어난 면 섬유를 다음 전극 디자인에서도 일률적으로 적용하였다. 슈도캐패시터의 대표적 물질인 금속 산화물인 망간 산화물(MnO2)을 3전극 도금 시스템을 이용하여 에너지 축전 용량과 에너지 밀도를 올리는 전극을 제작하였다. 특히 망간 산화물의 형태는 표면적을 극대화하기 위해서 평균 지름은 200~300 nm 정도 되는 나노 입자의 형태로 제작하였다. 그 결과, 확연하게 에너지 축전 용량이 향상되었으며, 최대 에너지 축전 용량은 282.0 F/g, 에너지전력 밀도는 14.2 Wh/kg으로 나타나서 금속 산화물의 형태가 주는 효과를 확인할 수 있었다. 하지만 나노 입자의 형태로 제작된 금속 산화물은 문제점이 발생하였다. 금속 산화물의 전기 전도성이 매우 낮기 때문에, 전기 전도성에 비례해서 전력 밀도의 값이 표현되는데, 전기 전도성이 급격히 감소하기 때문에 전력 밀도도 급격한 감소가 나타난다. 다음과 같이 전기 전도성 물질을 첨가하는 방법은 추가의 공정이 필요한 단점이 있지만 오직 기계적인 인장응력만을 가해서 에너지 밀도와 전력 밀도를 증가시키는 전극을 제작하였다. 인장응력을 섬유 기반의 전극에 가했을 시에 가닥들간의 접촉 증가와 CNT가 정렬되면서 특정 변형률(strain) 이전에서는 전기 전도성이 최대 50% 이상 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 선행 연구에서 보고되었다. 이를 이용해서 전기 전도성과 직결되는 전력 밀도의 양도 증가시키고 에너지 밀도의 증가 여부까지 확인한 결과 인장을 가하기 전 면 섬유의 전력 밀도와 에너지 밀도는 6.4 kW/kg and 6.1 Wh/kg으로 나타났으나 30% 변형 인장 후에는11.4 kW/kg과 7.1 Wh/kg으로 나타났다. 그리고 망간 산화물을 첨가한 전극 역시 4.9 kW/kg과 14.2 Wh/kg으로 나타났었으나 인장 이후 전력 밀도는 14.2 kW/kg, 에너지 밀도는 17.6 Wh/kg으로 확연하게 증가한 것을 확인하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.27 no.1
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• pp.167-174
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• 2003

Fatigue damage of 2.2Ni-1Cr-0.5Mo steel used fir high strength pressure tubes and vessels was evaluated using uniaxial specimens subjected to strain-controlled fatigue loading. Based on the fatigue test results from different strain ratios of -2. -i 0, 0.5, 0.75, the fatigue damage of the steel was represented by using a cyclic strain energy density. Mean stress relaxation depended on the magnitude of the applied strain amplitude. The high pressure vessel steel exhibited the cyclic softening behavior. Total strain energy density consisting of the plastic strain energy density and the elastic tensile strain energy density described fairly well the fatigue life of the steel, taking the mean stress effects into account. Compared to other fatigue damage parameters, fatigue life prediction by the cyclic strain energy density showed a good correlation with the experimental fatigue lift within a factor of 3.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.10a
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• pp.81-81
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• 2003

최근 유한요소법을 이용하여 절삭가공을 해석하는 연구가 많이 발표되고 있다. 이 때 가장 문제되는 점이 피삭재에서 칩으로 분리하는 조건이다. 일반적으로 칩 분리 조건이라 일컬어지는 이 조건을 어떻게 설정할 것인가에 대해 현재까지도 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 제시된 칩 분리 판별 조건은 두 가지 유형 - 기하학적, 물리적으로 나눌 수 있다. 기하학적 칩 분리 조건은 공구 끝단과 바로 앞 요소의 거리를 기준으로 정해진 특정한 값에 도달하면 요소가 분리되는 혹은 없어지는 방법을 이용하는 것이며(Fig. 1 참조), 물리적 칩 분리 조건은 요소 내의 소성변형률 혹은 변형률 에너지 밀도함수 등의 값을 기준으로 분리시키는 방법이다. 본 연구에서는 상용 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS를 이용하였으며 이 프로그램에서 제공하는 element birth/kill 기법을 이용하여 기하학적 판별조건에 도달하면 공구 끝단 앞의 요소가 사라지는 방법을 취하였다. Fig. 2는 절삭가공을 위한 유한요소 모델링을 나타낸다. 칩-공구 접촉 부위에 접촉요소를 사용하였으며, 피삭재의 왼쪽과 아래쪽 부위는 각각 변위구속을 하였다. 공구의 이동은 변위경계조건의 값을 변화시킴으로써 구현하였다. 절삭력을 비교함으로써 해석결과의 타당성을 검토하였으며, 피삭재 내의 응력, 변형률 분포 등을 살펴보았다.