This paper presents a novel structural composition for artificial bone scaffolds with an appropriate biocompatibility and biodegradability capability. To achieve this aim, carbon nanotubes, due to their prominent mechanical properties, high biocompatibility with the body and its structural similarities with the natural bone structure are selected in component of the artificial bone structure. Also, according to the piezoelectric properties of natural bone tissue, the barium titanate, which is one of the biocompatible material with body and has piezoelectric property, is used to create self-healing ability. Furthermore, due to the fact that, most of the bone tissue is consists of hydroxyapatite, this material is also added to the artificial bone structure. Finally, polycaprolactone is used in synthetic bone composition as a proper substrate for bone growth and repair. To demonstrate, performance of the presented composition, the mechanical behaviour of the bone scaffold is simulated using ANSYS Workbench software and three dimensional finite element modelling. The obtained results are compared with mechanical behaviour of the natural bone and the previous bone scaffold compositions. The results indicated that, the modulus of elasticity, strength and toughness of the proposed composition of bone scaffold is very close to the natural bone behaviour with respect to the previous bone scaffold compositions and this composition can be employed as an appropriate replacement for bone implants.
The current article deals with the dynamic stability, and structural improvement of vibrating electrically curved screen on the viscoelastic substrate. By considering optimum value for radius curvature of the electrically curved screen, the structure improvement of the system occurs. For modeling the electrically system, the Maxwell's' equation is developed. Hertz contact model in employed to obtain contact forces between impactor and structure. Moreover, variational methods and nonlinear von Kármán model are used to derive boundary conditions (BCs) and nonlinear governing equations of the vibrating electrically curved screen. Galerkin and Multiple scales solution approach are coupled to solve the nonlinear set of governing equations of the vibrating electrically curved screen. Along with the analytical solution, 3D finite element simulation via ABAQUS package is provided with the aid of a FE package for simulating the current system's response. The results are categorized in 3 different sections. First, effects of geometrical and material parameters on the vibrational performance and stability of the curves panel. Second, physical properties of the impactor are taken in to account and their effect on the absorbed energy and velocity profile of the impactor are presented. Finally, effect of the radius and initial velocity on the mode shapes of the current structure is demonstrated.
To fabricate a precise micro metal mold, the electrochemical etching process has been researched. We investigated the electrochemical etching process numerically and experimentally to determine the etching tendency of the process, focusing on the current density, which is a major parameter of the process. The finite element method, a kind of numerical analysis, was used to determine the current density distribution on the workpiece. Stainless steel(SS304) substrate with various sized square and circular array patterns as an anode and copper(Cu) plate as a cathode were used for the electrochemical experiments. A mixture of $H_2SO_4$, $H_3PO_4$, and DIW was used as an electrolyte. In this paper, comparison of the results from the experiment and the numerical simulation is presented, including the current density distribution and line profile from the simulation, and the etching profile and surface morphology from the experiment. Etching profile and surface morphology were characterized using a 3D-profiler and FE-SEM measurement. From a comparison of the data, it was confirmed that the current density distribution and the line profile of the simulation were similar to the surface morphology and the etching profile of the experiment, respectively. The current density is more concentrated at the vertex of the square pattern and circumference of the circular pattern. And, the depth of the etched area is proportional to the current density.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.7
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pp.33-40
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2021
Current industrial flow is directed toward reducing the usage of raw materials by reusing parts, which is referred to as a circular economy (CE). Repair is one of the most value-added approaches in CE, which can be efficiently accomplished via additive manufacturing. The repair technology of metallic parts via the directed energy deposition process, which includes the selective removal and redeposition of damaged regions of metallic parts. Residual stress characteristics depend on the shape of the part and the shape of the redeposition region. The objective of this study is to investigate the effects of the radius and corner position of the substrate on the residual stresses for repair by using finite element analysis (FEA). The residual stress distribution of the 45° angle groove at the edge of the circular shape models on the outer and inner radii was analytically investigated. The analysis was accomplished using SYSWELD software by applying a moving heat source with defined material properties and cooling conditions integrated into the FEA model. The results showed a similar pattern of concentrated stress distribution for all models except the 40-mm and 60-mm radii, for which the maximum stress locations were different. The maximum residual stresses are high but lower than the yield strength, suggesting the absence of cracks and fractures due to residual stresses.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.22
no.1
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pp.75-81
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2015
In this paper, numerical analysis by finite element method and parameter design by the Taguchi method were used to reduce warpage of a two passive components embedded double side substrate for PoP(Package on Package). The effect of thickness of circuit layers (L1, L2) and thickness of solder resist (SR_top, SR_BTM) were analyzed with 4 variations and 3 levels(minimum, average and maximum thickness) to find optimized thickness conditions. Also, paste effect of solder resist on unit area of top surface was analyzed. Finally, experiments was carried out to prove numerical analysis and the Taguchi method. Based on the numerical and experimental results, it was known that circuit layer in ball side of substrate was the most severe determining deviation for reducing warpage. Buried circuit layer in chip side, solder resist and were insignificant effects on warpage relatively. However, warpage decreased as circuit layer in ball side thickness increased but effect of solder resist and circuit layer in chip side thickness were conversely.
HVOF thermal spray guns are now being widely used to produce protective coatings, on the surfaces of engineering components. HVOF technology employs a combustion process to heat the gas flow and melt the coating materials which are particles of metals, alloys or cermets. Particle flow which is accelerated to high velocities and combustion gas stream are deposited on a substrate. In order to obtain good quality coatings, the analysis of torch design must be performed. The reason is that the design parameters of torch influence gas dynamic behaviors. In this study, numerical analysis is performed to predict the gas dynamic behaviors in a HVOF thermal spray gun with various torch shapes. The CFD model is used to deduce the effect of changes in nozzle geometry on gas dynamics. Using a commercial code, FLUENT which uses Finite Volume Method and SIMPLE algorithm, governing equations have been solved for the pressure, velocity and temperature distributions in the HVOF thermal spray torch.
Significant improvements in bond strength between new and existing concrete can be achieved through the modification of the new concrete by latex modification. But, no test method has been adopted as a standard to measure the bond strength between the concrete used to repair and the substrate being repaired. The performance of old and the new concrete construction defends upon band strength between old and the new concrete. Current adhesion strength measurement method is inaccurate method that ignore effect of stress concentration by shape of specimens. Therefore, this research calculates stress concentration coefficient using finite element analysis and direction tensile strength test (pull-off test). The result shows that the required core depth is 2.5 cm. Elastic modulus and overlay thickness do not influence in stress concentration.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.17
no.4
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pp.67-72
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2010
In this paper, a design optimization of ball grid array packaging geometry is studied based on the Taguchi method, which allowed robust design by considering the variance of the input parameters during the optimization process. Molding compound and substrate were modeled as viscoelastic, and finite element analyses were performed to calculate the strain energy densities of the eutectic solder balls. Six quality factors of the dimensions of the packaging geometry were chosen as control factors. After performing noise experiments to determine the dominant factors, main experiments were conducted to find the optimum packaging geometry. Then the strain energy densities between the original and optimized geometries were compared. It was found that the effects of the packaging geometry on the solder ball reliability were significant, and more than 40% of the strain energy density was reduced by the geometry optimization.
The characteristics of the fluid flow and mass transfer in a vertical atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) are numerically studied. In order to get the optimal process parameters for the uniformity of deposition on a substrate, Navier-Stokes and energy equations have been solved for the pressure, mass-flow rate and temperature distribution in a CVD reactor. Results show that the thermal boundary condition at the reactor wall has an important effect in the formation of buoyancy-driven secondary cell when radiation effect is considered. Results also show that reduction of the buoyancy effect on the heated reactor improves the uniformity of deposition.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.195-198
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2005
The role of elastic/plastic mismatch on the contact crack initiation is investigated for designing desirable surface-coated asymmetric layered composites. Various layered composites such as $Si_3N_4$ ceramics on $Si_3N_4+BN$ composite, soda-lime glass on various substrates with different elastic modulus for the analysis. Spherical indentation is conducted for producing contact cracks from the surface or interface between the coating and the substrate layer. A finite element analysis of the stress fields in the loaded layer composites enables a direct correlation between the damage patterns and the stress distributions. Implications of these conclusions concerning the design of asymmetric layered composites indicate that the elastic modulus mismatch is one of the important parameter for designing layered composite to prevent the initiation of contact cracks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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