• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.39 no.2
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• pp.211-217
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• 2015

Emission gas regulations and constantly increasing fuel costs call for the worldwide use of environmentally friendly and energy-efficient machines in industry. To meet these requirements, a hybrid excavator prototype has been developed that incorporates an electric swing motor, engine assist motor, and ultra-capacitor module into a conventional hydraulic excavator of the 22-ton class. This paper mainly describes a few techniques to optimize its energy efficiency. These include 1) controlling the engine speed in proportion to the load torque, 2) controlling the pump displacement when driving the electric swing system, 3) managing the ultra-capacitor voltage to minimize the electrical energy loss, and 4) reducing the cooling fan speed to improve the energy efficiency of the system.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.11 no.2
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• pp.345-353
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• 1987

An analysis is performed to study flow and heat transfer characteristics of mixed free and forced convection about a sphere. Nonsimilar boundary layer equations which are valid over the entire regime of mixed convection are derived in terms of the mixed convection parameter, Gr/Re$^{2}$, through a dimensional analysis. The transformed conservation equations are solved by a finite difference method for the whole range of mixed convection regime. Numerical results for fluids having the Prandtl number 0.7 and 7 are presented. As the mixed convection parameter increases, the local friction coefficient and local heat transfer coefficient increases as well. For small Prandtl number, the friction coefficient is larger, while for large Prandtl number, the heat transfer coefficient is larger. Natural convection effect on the forced flow is more sensitive for small Prandtl number fluid. Flow separation migrates rearward as an increase in the mixed convection parameter. For small Prandtl number, the buoyancy effect is relatively small so that the flow separation occurs earlier.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.41 no.2
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• pp.87-95
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• 2017

The concept of entransy has been proposed recently as a potential heat transfer mechanism and could be useful in analyzing and optimizing the heat-work conversion systems. This work presents an entransy analysis for the irreversible Carnot cycle by systematic balance formulations of the entransy loss, work entransy, and entransy dissipations, which are consistent with exergy balances. Additionally, several forms of system efficiency are introduced based on entransy for the appreciation of the optimal system performance. The effects of the source temperature and irreversible efficiencies on the optimal conditions for system efficiencies are systematically investigated for both dumping and non-dumping cases of used source fluid. The results show different trends in entransy efficiencies when compared to the conventional efficiencies of energy and exergy, and represent another method to assess the effective use of heat source in power generation systems.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.37 no.2
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• pp.141-147
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• 2024

The measurement of strain under an electric field has been widely employed to comprehend the fundamental principles of electro-mechanical responses in ferroelectric, piezoelectric, and electrostrictive materials. In particular, understanding the strain properties of piezoelectric materials in response to electrical stimulation is crucial for researching and developing components such as piezoelectric actuators, acoustic devices, and ultrasonic generators. This tutorial paper introduces the components and operational principles of the linear variable differential transducer (LVDT), a widely used displacement measurement device in various industries. Additionally, we present the configuration of an experimental setup using LVDT to measure the strain characteristics of ferroelectric, piezoelectric, or electrostrictive materials under the application of an electric field. This paper includes simple measurement results and analyses obtained through the LVDT experimental setup, providing valuable information on research methods for the electro-mechanical interactions of various materials.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.295-295
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• 2007

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변화하는 에너지 변환소자인 압전 세라믹스는 액츄에이터, 변압기, 초음파모터, 초음파 소자 및 각종 센서로 응용되고 있으며, 그 응용분야는 크게 증가하고 있다. 최근 이러한 에너지 변화 소자는 앞으로 도래하는 ubiquitous, 무선 모바일 시대의 휴대용 전자제품, robotics, 항공우주, 자동차, 의료, 건축, MEMS 분야 등의 대체 에너지원으로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 특히 인간의 동작 등과 같은 일상적인 동작으로 필요한 전력을 얻을 수 있고, 세라믹 소자를 이용하기 때문에 전자노이즈가 발생되지 않을 뿐 아니라 반영구적으로 사용할 수가 있어서, 기존 이차전지, 연료전지를 대체 또는 보완 할 수 있는 방안도 검토되고 있다. PZT계 세라믹스는 높은 유전상수와 압전특성으로 전자세라믹스분야에서 가장 널리 사용되어지고 있지만 $1200^{\circ}C$이상의 높은 소결온도 때문에 $1000^{\circ}C$ 부근에서 급격히 휘발되는 PbO로 인한 환경오염과 기본조성의 변화로 인한 압전 특성의 저하가 문제시되고 있다. 또한, 적층 세라믹스의 제작 시 구조적 특성상 내부 전극이 도포된 상태에서 동시 소결이 필요한데, 융점이 낮은 Ag전극 대신 값비싼 Pd나 Pt가 다량 함유된 Ag/Pd, Ag/Pt 전극이 사용되고 있어 경제적인 문제가 발생하게 된다. 따라서 순수 Ag 전극을 사용하거나, Ag의 비율이 높은 내부 전극을 사용하기 위해서는 $950^{\circ}C$ 이하에서 소결되는 압전 세라믹스를 개발 하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 압전특성이 우수한 $(Pb_{1-x}Cd_x)\;[(Ni_{1/3}/Nb_{2/3})_{0.25}Zr_{0.35}Ti_{0.4}]O_3$계의 조성을 설계하여, 소결온도를 낮추기 위해서 2단계 하소법을 이용하였다. 분말을 ball milling을 통해 24시간 동안 혼합하였다. 혼합된 분말은 $800^{\circ}C$에서 2시간 동안 하소하였다. 하소한 분말을 72시간 동안 ball milling 하여 최종 분말을 얻었다. 최종 분말에 PVB를 첨가하여 ${\Phi}21$ disk 형태로 성형한 후, $800{\sim}950^{\circ}C$ 소결을 하였다. 최종 분말 및 소결된 시편을 XRD분석을 통하여 상을 확인하였고, SEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다. 전기적 특성을 확인하기 위하여 두께 1mm로 연마한 시편에 Ag 전극을 도포하여 열처리한 후, 분극 처리하였다. 압전특성은 $d_{33}$ 미터로 측정하였고, impedance analyzer를 이용하여 주파수 및 impedance 특성을 측정하였다. 그 결과 $900^{\circ}C$에서 우수한 압전 특성 및 전기적 특성을 확보 할 수 있었다.

• Membrane Journal
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• v.25 no.6
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• pp.530-537
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• 2015

Photovoltaic (PV) modules are environmentally energy conversion devices to generate electricity via photovoltaic effect of semiconductors from solar energy. One of key elements in PV modules is "Backsheet," a multilayered barrier film, which determines their lifetime and energy conversion efficiency. The representative Backsheet is composed of chemically resistant poly(vinyl fluoride) (PVF) and cheap poly(ethylene terephthalate) (PET) films used as core and skin materials, respectively. PVF film is too expensive to satisfy the market requirements to Backsheet materials with production cost as low as possible. The promising alternatives to PVF-based Backsheet are hydrocarbon Backsheets employing semi-crystalline PET films instead of PVF film. It is, however, necessary to provide improved barrier property to water vapor to the PET films, since PET films are suffering from hydrolytic decomposition. In this study, a polyurethane adhesive with reduced water vapor permeation behavior is developed via a homogeneous distribution of hydrophobic silica nanoparticles. The modified adhesive is expected to retard the hydrolysis of PET films located in the core and inner skin. To clarify the efficacy of the proposed concept, the mechanical properties and electrochemical PV performances of the Backsheet are compared with those of a Backsheet employing the polyurethane adhesive without the silica nanoparticles, after the exposure under standard temperature and humidity conditions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.414-414
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• 2017

토양수분은 지면환경에서 일어나는 수문 및 에너지 순환을 이해하는 데 있어 중요한 기상인자이다. 토양수분 현장관측은 땅속에 매설된 센서에 의해 상당히 정확하게 이루어지만, 관측점 수가 충분치 않아 공간적 연속성을 확보하지 못하는 어려움이 존재한다. 이에 광역적 및 연속적 관측이 가능한 마이크로파 위성센서가 토양수분 정보 획득을 위한 보조수단으로서 그 중요성이 부각되고 있다. 마이크로파 위성센서는 구름 등 기상조건의 제약을 받지 않으며, 1978년 이래 현재까지 여러 위성에 의해 25 km 및 10 km 해상도의 전지구 토양수분자료가 생산되어 왔다. 마이크로파 센서를 이용한 토양수분자료는 동일지점에 대하여 하루 2회 정도 산출되므로 적절한 시간분해능을 가지지만, 공간해상도가 최고 10 km로서 지역규모의 수문분석에 적용하기에는 충분치 않다. 이러한 토양수분자료의 공간해상도 문제 해결을 위하여 다양한 지면환경요소를 활용한 통계적 다운스케일링이 대안으로 제시되었다. 최근의 선행연구들은 대부분 방정식을 이용한 결합모형을 통해 통계적 다운스케일링을 수행하였는데, 회귀식과 같은 선형결합뿐 아니라 신경망이나 기계학습 등의 비선형결합에서도, 불가피하게 발생할 수밖에 없는 잔차(residual)로 인하여 다운스케일링 전후의 공간분포 패턴이 달라져버리는 문제를 안고 있었다. 회귀분석에 잔차의 공간내삽을 결합시킨 회귀크리깅(regression kriging)은 잔차보정을 통해 이러한 문제를 해결함으로써 다운스케일링 전후의 공간분포 일관성을 보장하는 기법이다. 이 연구에서는 회귀크리깅을 이용하여 일자별 AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2) 토양수분 자료를 10 km에서 1 km 해상도로 다운스케일링하고, 다운스케일링 전후의 자료패턴 일관성을 평가한다. 지면온도(LST), 지면온도상승률(RR), 식생온도건조지수(TVDI)는 일자별로 DB를 구축하였고, 식생지수(NDVI), 수분지수(NDWI), 지면알베도(SA)는 8일 간격으로 DB를 구축하였다. 이러한 8일 간격의 자료를 일자별로 변환하기 위하여 큐빅스플라인(cubic spline)을 이용하여 시계열내삽을 수행하였다. 또한 상이한 공간해상도의 자료는 최근린법을 이용하여 다운스케일링 목표해상도인 1 km에 맞도록 변환하였다. 우선 저해상도 스케일에서 추정치를 산출하기 위해서는 저해상도 픽셀별로 이에 해당하는 복수의 고해상도 픽셀을 평균화하여 대응시켜야 하며, 이를 통해 6개의 설명변수(LST, RR, TVDI, NDVI, NDWI, SA)와 AMSR2 토양수분을 반응변수로 하는 다중회귀식을 도출하였다. 이식을 고해상도 스케일의 설명변수들에 적용하면 고해상도 토양수분 추정치가 산출되는데, 이때 추정치와 원자료의 차이에 해당하는 잔차에 대한 보정이 필요하다. 저해상도 스케일로 존재하는 잔차를 크리깅 공간내삽을 통해 고해상도로 변환한 후 이를 고해상도 추정치에 부가해주는 방식으로 잔차보정이 이루어짐으로써, 다운스케일링 전후의 자료패턴 일관성이 유지되는(r>0.95) 공간상세화된 토양수분 자료를 생산할 수 있다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.20 no.8
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• pp.642-648
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• 2019

This paper presents a fast back-type transfer device for snack food processing that uses the inertia of transferred material. A conventional conveying system is a drive system that uses a belt conveyor and mechanical crank, which generate noise and vibration and cause environmental pollution. Vibration and noise are reduced in the proposed fast back feeding device by using a counterweight. The crank drive unit was replaced with a linear servomotor, and an equilibrium device was designed to balance the force due to acceleration. This makes it is possible to adjust the forward and backward speed and acceleration through PLC control. A vibration damper device offsets the vibration force of the periodic shock form. The main cause of the vibration was identified through vibration analysis, and reduction measures were established. We verified the effectiveness of the vibration by making a prototype and performing about 10 vibration tests. Because no mechanical transducer is needed, energy loss, noise, and vibration do not occur, and the operating speed is not limited.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.6
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• pp.703-709
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• 2017

Korea Utility Helicopter(KUH) is a project to replace the aging helicopter presently being operated by the military with a domestic helicopter. The auxiliary power unit is a device that supplies emergency power to the system by an alternator installed when the main generator fails and the start motor converts the electrical energy of the battery into mechanical rotational energy to rotate the auxiliary power unit engine. With continuing power and operation, defects of the starting motor were found and improvements were carried out to solve it. In the failure mode analysis, the causes of possible defects were classified into 5 categories. Analysis of the 5 factors revealed that the main cause of defects is mechanical wear, which was found to be related to spring pressure. 250 tests were conducted through the theoretically determined pressure and regression analysis was performed with 4 sampling.The results showed that pressure was related to wear rate. In conclusion, early wear and breakage due to wear can be controlled through spring force and test showed the prediction of wear and the validity of the result were confirmed.