• 대한조선학회논문집
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• 제58권2호
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• pp.90-96
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• 2021

In this study, the method of determining the state of grid points in the adaptable surface particle method based on grid system developed as a free-surface tracing method was improved. The adaptable surface particle method is a method of determining the state of the grid point according to the shape of the free-surface and obtaining the intersection of the given free-surface and grid line where the state of the grid point changes. It is difficult to determine the state of grid points in the event of rapid flow, such as collision or separation of free-surfaces, and this study suggests a method for determining the state of current grid points using the state of surrounding grid points where the state of grid point are known. A grid layer value was assigned sequentially to a grid away from the free-surface, centering on the boundary cell where the free-surface exists, to identify the connection information that the grid was separated from the free-surface, and to determine the state of the grid point sequentially from a grid away from the free-surface to a grid close to the free-surface. To verify the improved method, a numerical analysis was made on the problem of dam break in which a sudden collision of free-surface occurred and the results were compared, and the results were relatively reasonable.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.118-131
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• 1991

자유수면 근처에서의 박리유동 현상을 수치 시뮬레이션 방법과 유선 가시화 시험 방법으로 연구하였다. 수치 시뮬레이션은 물체표면에서 유기되고 확산(diffusion) 및 대류(convection)에 의해 유동중으로 박리되어 방출되는 보오티시티(vorticity)를 다수의 보오텍스로 치환하여 유동의 변화와 유체력을 구하는 보오텍스블럽 법을 사용하여 수행하였다. 이 방법으로 대규모의 와류의 생성 및 변화를 추정할 수 있으며 또한 자유수면과 와류유동의 상호간섭현상 그리고 동 유체력 등을 추정할 수 있었다. 유선 가시화 시험은 해사기술연구소의 공동수조에서 수행하였으며, 직류 전원에 의해 얻어진 수소기포를 가시화 입자로 이용하였다. 조명장치는 할로겐 램프를 이용하였고, 연속사진을 가시화의 결과로 사용하였다. 또한 자유수면의 시간적 공간적 변화를 파고계를 이용하여 계측하고 이로부터 와류유동의 변화 주기를 추정하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권11호
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• pp.1105-1114
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• 2010

착빙현상은 크게 서리얼음과 유리얼음으로 구분되며 대기온도 뿐 아니라 자유류 속도, 대기 중 수증기 함유량, 수증기 입자의 크기는 결빙형상에 영향을 미친다. 본 논문에서는 결빙 형상에 영향을 미치는 외기조건에 의해 변화하는 결빙형상을 체계적, 정량적으로 분석하여 다음과 같은 결과 확인하였다. 먼저, 자유류 속도의 증가는 결빙면적, 얼음 진행방향, 최대 두께를 모두 증가시키고 결빙형상을 가장 크게 변화시켰다. 둘째, LWC와 결빙면적은 선형적인 관계가 있음을 알 수 있었다. 셋째, 대기온도가 수증기 유입량에 미치는 영향은 LWC, 자유류 속도에 의한 영향에 비해 적어 결빙면적의 변화가 가장 작게 나타났다. 넷째, MVD가 결빙 형상에 미치는 영향은 선정한 외기 조건 중에 가장 미미하였다. 단, 입자가 표면에 충돌하는 영역을 증가시켜 결빙면적에 영향을 주었다.

• Tribology and Lubricants
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• 제32권2호
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• pp.44-49
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• 2016

Diamond mechanical polishing (DMP) is a crucial process in a sapphire wafering process to improve flatness and achieve the target thickness by using free abrasives. In a DMP process, material removal rate (MRR) is a key factor to reduce process time and cost. Controlling mechanical parameters, such as velocity and pressure, can increase the MRR in a DMP process. However, there are limitations of using high velocities and pressures for achieving a high MRR owing to their side effects. In this paper, we present the lapping characteristics and improvement of MRR by using a fixed abrasive plate through an experimental study. The change in MRR as a function of velocity and pressure follows Preston's equation. The surface roughness of a wafer decreases as the plate velocity and pressure increases. We observe a sharp decrease in MRR over the lapping time at a high velocity and pressure in the velocity and pressure test. An analysis of surface roughness (Rq and Rpk) indicates that wear of abrasives decreases the MRR sharply. In order to investigate the effect of abrasive wear on the MRR, we utilize a cutting fluid and a rough wafer. The cutting fluid delays the wear of abrasives resulting in improvement of MRR drop. The rough wafer maintains the MRR at a stable rate by self-dressing.

• 한국융합학회논문지
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• 제10권10호
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• pp.117-122
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• 2019

슬로싱 현상은 현상의 특성인 격렬한 자유표면을 가지는 유동 문제뿐만 아니라, 슬로싱이 발생하는 유체 탱크가 부유체 혹은 어떠한 물체에 탑재되어 전체 시스템에 영향을 줄 수 있다는 것이 가장 큰 논의점이다. 이러한 이유로 일반적인 슬로싱에 대한 해석은 탱크의 움직임에 의한 내부 유동의 발생, 그리고 그로 인해 야기되는 충격하중의 해석이 주를 이룬다. 이러한 슬로싱 현상은 비선형성이 강하며 자유표면에서의 대-변형이 발생한다. 매우 높은 비선형성으로 인해 실험에서는 재현성이 낮고, 수치 시뮬레이션에서는 정확도가 낮다는 것이 지속적으로 문제시 되어 왔다. 본 연구에서는 높은 정확도를 가지는 카메라 비전 기술을 이용한 실험과 입자법을 이용한 시뮬레이션을 비교하였다. 탱크의 주요 제원을 통해 구해진 고유 주기와 그 주변 주기를 가지는 운동에서의 슬로싱 현상을 수치적으로 시뮬레이션 하였으며, 비교를 통해 탱크 내 슬로싱 하중을 분석하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권1호
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• pp.119-125
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• 2018

입자기반 전산유체역학 기법은 유체역학에서의 라그란지안 접근법에 기반을 두고 있다. 입자기반 방식은 입자 각각이 물리량을 가지고 움직이며 이러한 입자의 움직임을 추적하는 방식으로 유체의 거동을 구현할 수 있다. 이러한 방식은 격렬한 움직임에 의한 자유표면 혹은 경계면의 운동 재현에 우수성이 있으나 연속체역학을 위반할 수 있다는 문제점 역시 포함하고 있다. 이를 반대로 말하자면 특별한 조치를 취하지 않는 경우에는 연속체가 아닌 물질에 대한 구현이 매우 쉽게 가능하다는 것이기도 하다. 이에 따라, 기존의 유체에서 사용되는 입자기반 전산해석방식을 지배방정식 단계에서부터 고체입자형으로 변형이 가능하다는 것을 알 수있다. 본 연구에서는 입자기반 전산해석방식을 고체입자에 알맞은 형태로 변환하였다. 변환을 위해 유체에서 사용되는 점성항을 제거하고 대신 마찰항을 추가하였다. 본 연구에서 개발된 고체입자형 전산해석 프로그램을 이용하여 고체입자의 붕괴를 구현하였으며 이를 유체입자 붕괴와의 비교를 통해 입증하였다. 또한 유체입자가 가질 수 없는 고체입자만의 특성인 안식각을 구현하여 고체입자를 위한 입자기반 전산해석 프로그램을 완성하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.346.1-346.1
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• 2016

본 연구에서는 열처리(Thermal Dewetting Process)와 빗각 증착(Oblique angle deposition)을 이용하여 비주기 서브파장 구조물을 마이크로 렌즈 형태의 유리 기판 상부에 제작하였다. 먼저 $2{\times}2cm2$ 크기의 유리 기판에 기존 리소그래피 공정으로 원기둥 형태의 감광액을 형성한다. 이후 Hot-plate로 $180^{\circ}C$에서 90초간 열을 가해 지름이 $20{\mu}m$인 반구형태로 변형시킨 뒤 반응성이온식각 공정을 진행하여 마이크로 렌즈를 제작한다. 렌즈의 표면에 나방 눈 구조를 형성하기 위해 전자빔 증착으로 15nm의 은 박막을 쌓은 뒤 $500^{\circ}C$에서 1분간 열처리 공정을 진행하였다. 열이 가해졌을 때 은 박막은 표면자유에너지를 최소화하기 위해 나노 크기의 덩어리진 입자 형태로 변화한다. 여기서 형성되는 나노입자의 크기가 렌즈 표면 중심에서 가장자리로 갈수록 작아진다는 것을 주사전자현미경을 통해 확인하였다. 증착 각도가 증가할수록 열처리 공정 후의 은 나노입자의 크기가 점점 작아진다는 것을 검증하기 위해 은 박막의 증착 각도를 $0^{\circ}$, $35^{\circ}$, $55^{\circ}$, $70^{\circ}$로 증착 후 열처리 공정을 진행하여 확인하였다. 비스듬하게 증착되어 형성된 박막은 다공형태로 낮은 밀도를 가지는데 이는 박막 두께 감소를 일으킨다. 따라서 증착 각도가 증가할수록 열처리 공정 후의 은 나노입자의 크기는 점점 작아진다. 이후 은 나노입자를 마스크로 하여 다시 반응성이온식각 공정을 진행하였으며 식각 후 나머지 은 나노입자들은 HNO3용액에서 1분간 처리하여 제거하였다. 제작된 구조물의 평균 직경과 크기는 각각 ~220nm 및 ~250nm인 것으로 확인하였다. 위와 같은 공정을 통해 다양한 크기를 가진 비주기 서브파장 구조물을 제작할 수 있다. 구조물의 주기가 파장 길이보다 짧을 경우 분산이 최소화되며 넓은 파장 대역에서 무반사 효과를 얻을 수 있다. 이 공정은 마스크를 통한 리소그래피의 한계를 극복할 수 있으며 여러 곡면형 표면에 적용가능한 장점이 있다. 또한 프리즘, 렌즈, 광섬유와 같은 광소자의 광투과율을 향상시키는데 이용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권10호
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• pp.1499-1505
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• 2010

유연성 공구를 가진 자기연마는 고경도 소재 및 자유곡면 형상 표면의 나노메터급 가공이 가능한 강점을 지닌다. 이러한 자기연마에서 자기연마입자는 시간적, 비용적 측면에서 단순 혼합형 입자가 유리하다. 그러나 단순혼합형 입자는 가공 중 공구로부터 쉽게 이탈하게 되어 가공 시간이 증가 할수록 매우 낮은 가공 효율을 가진다. 따라서 본 연구에서는 단순 혼합형 입자에 오일을 대신하여 실리콘 겔을 매개물로 사용하는 자기연마 입자를 연구하고 그 특성을 분석하였다. 그 결과 자기력 향상과 별개로 입자간 응집력을 높여 입자의 이탈을 줄여 표면거칠기의 향상에 효과가 높음을 확인 하였다. 그리고 실험계획법을 이용하여 고경도 소재인 텅스텐 카바이드의 실리콘 겔 자기연마에서 각 공정변수가 표면거칠기의 향상에 미치는 특성을 평가하고 이를 최적화 하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제34권5호
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• pp.331-336
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• 2010

원형실린더가 균일한 유입유동에서 자유수면 으로부터 깊이를 달리했을 경우 박리점, 경계층 및 칼만 와열의 주기 등의 변화로 인하여 시스템 전체 에너지에 변화를 초래한다. 본 연구에서는 원형실린더의 침수 깊이를 변화시키며 $Re=1.0{\times}10^3$에서 유동장을 계측하였다. 2차원 그레이 레벨 상호상관 PIV기법을 이용하여 원형실린더 주위의 유동특성을 알아보기 위하여 상호 비교하는 방법을 적용하였다. 자유수면의 점성과 마찰에 의해 발생하는 원형실린더 주변유동은 경계층을 변화시키고 후류유동에 교란을 일으킨다. 특히, 몰수체의 깊이가 d=1.0D의 경우에 있어서 경계층의 변화가 후류로 길게 형성되었다. 원형실린더의 깊이가 d=1.5D에서부터 자유수면의 영향이 감소하고 칼만 와열이 발달하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권4호
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• pp.255-262
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• 2013

본 연구에서는 연속체 이론을 배경으로 하며 일반적으로 많이 사용되는 Navire-Stokes방정식이 아닌 입자의 확률분포를 배경으로 하는 Boltzmann 방정식을 이용하여 자유수면을 포함하는 유동을 해석하는 전산시뮬레이션 코드를 개발하였다. 댐 붕괴시뮬레이션에 적용하여 코드의 검증을 수행하였으며, 기존의 실험 및 계산결과와 비교함과 동시에 격자볼츠만 시뮬레이션의 특성을 분석하였다. 공학적 응용을 위해서 임의 형상의 물체가 존재시에 자유수면 시뮬레이션도 수행하였다.