Won Ye-Yeon;Baek Myong-Hyun;Cui WenQuan;Chun KeyoungJin;Kim Man Kyung
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.25
no.6
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pp.519-523
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2004
This study investigates micro-structural and mechanical properties of trabecular bone in human femoral head with and without osteoporosis using Micro-CT and finite element-model. 15 cored trabecular bone specimens with 20min of diameter were obtained from femoral heads with osteoporosis (T-score > -2.5 ) resected for total hip arthroplasty, and 5 specimens were removed from femoral head of cadavers, which has no history of musculoskeletal diseases. A high-resolution micro-CT system was used to scan each specimen to obtain histomorphometry indices. Based on obtained micro-images(pixel size=21.31㎛), a FE-model was created to determine mechanical property indices. While non-osteoporosis group had increases trabecular thickness, bone volume, bone volume fraction, degree of anisotropy and trabecular number compared with those of non-osteoporotic group, the non-osteoporotic group showed decreases in trabecular separation and structure model index. Regarding the mechanical property indices, reaction force, apparent stress and young's modulus were 1ower in osteoporotic group than in non-osteoporotic group. Our data shows salient deteriorations in trabecular micro-structural and mechanical properties in human femoral head with osteoporosis.
Li, Y.Q.;Yue, M.;Zuo, J.H.;Zhang, D.T.;Liu, W.Q.;Zhang, J.X.;Guo, Z.H.;Li, W.
Journal of Magnetics
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v.18
no.3
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pp.245-249
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2013
A finite element model was built for MnBi/${\alpha}$-Fe nanocomposite permanent magnets, and the demagnetization curves of the magnets were simulated by micro-magnetic calculation. The microstructure of the cubic model is composed of 64 irregular grains with an average grain size of 20 nm. With the volume fraction of soft magnetic phase (t vol. %) ranged from 5 to 20 vol. %, both isotropic and anisotropic nanocomposite magnets show typical single-phase permanent magnets behavior in their demagnetization curves, illustrating good intergranular exchange coupling effect between soft and hard magnetic phases. With the increase of volume fraction of soft magnetic phase in both isotropic and anisotropic magnets, the coercive force of the magnets decreases monotonically, while the remanence rises at first to a peak value, then decreases. The optimal values of maximum energy products of isotropic and anisotropic magnets are 84 and $200kJ/m^3$, respectively. Our simulation shows that the MnBi/${\alpha}$-Fe nanocomposite permanent magnets own excellent magnetic properties and therefore good potential for practical applications.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.923-926
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2005
To investigate the relationship between BMD, micro-structural and mechanical properties in intertrochanteric trabecular bone, the PIXI-mus2 system, micro-CT and FE model were used. The purpose of this study were (1) to apply high-resolution imaging techniques (micro-CT imaging) in combination with new computer modeling techniques (FEA) to quantify 3D microstructural and biomechanical properties of trabecular bone in the intertrochanteric region, and (2) determine if the prediction of bone elastic constant can be improved with structural index.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.05a
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pp.439-442
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2003
This study presents a new computational model to analyze the grain deformation in a polycrystalline aggregate in a discrete manner and based directly in the underlying physical micro-mechanisms. As a result, specific characteristics have to be considered for the numerical analysis. The grains and grain boundary elements are introduced to model individual grains and grain boundary facets, respectively, to consider the size effects in the micro forming. The constitutive description of the grain elements accounts for the rigid-plastic and the grain boundary elements for elastic relationships. The capability of the proposed approach is demonstrated through application of grain element and grain boundary element in the micro forming.
Kim, Hongjin;Kim, Whajung;Kim, Boung-Yong;Hwang, Jae-Seung
Structural Engineering and Mechanics
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v.30
no.2
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pp.191-209
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2008
A structural monitoring system based on cheap and wireless monitoring system is investigated in this paper. Due to low-cost and low power consumption, micro-electro-mechanical system (MEMS) is suitable for wireless monitoring and the use of MEMS and wireless communication can reduce system cost and simplify the installation for structural health monitoring. For system identification using wireless MEMS, a finite element (FE) model updating method through correlation with the initial analytical model of the structure to the measured one is used. The system identification using wireless MEMS is evaluated experimentally using a three storey frame model. Identification results are compared to ones using data measured from traditional accelerometers and results indicate that the system identification using wireless MEMS estimates system parameters with reasonable accuracy. Another smart sensor considered in this paper for structural health monitoring is Lead Zirconate Titanate (PZT) which is a type of piezoelectric material. PZT patches have been applied for the health monitoring of structures owing to their simultaneous sensing/actuating capability. In this paper, the system identification for building structures by using PZT patches functioning as sensor only is presented. The FE model updating method is applied with the experimental data obtained using PZT patches, and the results are compared to ones obtained using wireless MEMS system. Results indicate that sensing by PZT patches yields reliable system identification results even though limited information is available.
Lim, Hyoung Jun;Choi, Ho-Il;Lee, Min-Jung;Yun, Gun Jin
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.1
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pp.51-58
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2021
In this paper, a multi-scale finite element (FE) modeling methodology for three-dimensional (3D) needle-punched (NP) C/SiC with a complex microstructure is presented. The variations of the material properties induced by the needle-punching process and complex geometrical features could pose challenges when estimating the material behavior. For considering these features of composites, a 3D microscopic FE approach is introduced based on micro-CT technology to produce a 3D high fidelity FE model. The image processing techniques of micro-CT are utilized to generate discrete-gray images and reconstruct the high fidelity model. Furthermore, a subcell modeling technique is developed for the 3D NP C/SiC based on the high fidelity FE model to expand to the macro-scale structural problem. A numerical homogenization approach under periodic boundary conditions (PBCs) is employed to estimate the equivalent behavior of the high fidelity model and effective properties of subcell components, considering geometry continuity effects. For verification, proposed models compare excellently with experimental results for the mechanical behavior of tensile, shear, and bending under static loading conditions.
The production of high-precision micro-sized screws, used to fasten parts of micro devices, generally utilizes a cold thread-rolling process and two flat dies to create the teeth. The process is fairly complex, involving parameters such as die shape, die alignment, and other process variables. Thus, up-front finite-element(FE) simulation is often used in the system design procedure. The final goal of this paper is to produce high-precision screw with a diameter of $800{\mu}m$ and a thread pitch of $200{\mu}m$ (M0.8${\times}$P0.2) by a cold thread rolling process. Part I is a first-stage effort, in which FE simulation is used to establish process parameters for thread rolling to produce micro-sized screws with M1.4${\times}$P0.3, which is larger than the ultimate target screw. The material hardening model was first determined through mechanical testing. Numerical simulations were then performed to find the effects of such process parameters as friction between work piece and dies, alignment between dies and material. The final shape and dimensions predicted by simulation were compared with experimental observation.
Kim, Seong Keol;Jang, Chong-Min;Hwang, Jung-Min;Park, Man-Chul
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.1
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pp.168-172
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2013
In 3D wafer-stacking technology, one of the major issues is wafer warpage. Especially, The important reason of warpage has been known due to CTE(Coefficient of Thermal Expansion) mismatch between materials. It was too hard to choose how to make the FE model for blanket structured wafer level 3D packaging, because the thickness of each layer in wafer level 3D packaging was too small (micro meter or nano meter scale) comparing with diameter of wafer (6 or 8 inches). In this study, the FE model using the shell element was selected and simulated by the ANSYS WorkBench to investigate effects of the CTE on the warpage. To verify the FE model, it was compared by experimental results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.6
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pp.116-125
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2008
In general, fretting is a contact damage process due to micro-slip associated with small amplitude oscillatory movement between two surfaces in contact. Previous studies in fretting fatigue have observed a contact size effect related to contact width. The volume-averaging method of theoretically predicted contact stress fields was required to emulate experimental trends and to predict the observed contact size effects. This contact size effect is captured by the mean values of stresses and strains at the element integration points of FE model and two critical plane models (SWT, FS) in the present paper. It is shown that crack nucleation and fretting fatigue life can be predicted by the FE-based critical plane models.
Kim, H. S.;Lee, S. U.;Cho, N. H.;Ko, J. Y.;Park, S. S.;lee, H.;Ahn, S.;Shim, J. S.;Lee, C. Y.;Moon, H. S.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.128-131
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2002
Several FE models were developed based on micro-CT images of a mandibular specimen. A new dental implant model was suggested from parameter study for the relation between shape and interfacial stress of dental implants. It is found that the proposed model is highly beneficial.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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