• 공업화학
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• 제30권4호
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• pp.445-452
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• 2019

Shear thickening is an intriguing phenomenon in the fields of chemical engineering and rheology because it originates from complex situations with experimental and numerical measurements. This paper presents results from the numerical modeling of the particle-fluid dynamics of a two-dimensional mixture of colloidal particles immersed in a fluid. Our results reveal the characteristic particle behavior with an application of a shear force to the upper part of the fluid domain. By combining the lattice Boltzmann and discrete element methods with the calculation of the lubrication forces when particles approach or recede from each other, this study aims to reveal the behavior of the suspension, specifically shear thickening. The results show that the calculated suspension viscosity is in good agreement with the experimental results. Results describing the particle deviation, diffusivity, concentration, and contact numbers are also demonstrated.

• 한국기계기술학회지
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• 제13권4호
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• pp.23-30
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• 2011

본 연구는 산업용 열교환기 및 상용 파이프의 최적 설계를 위하여 열교환기 내의 사각형 단면 파이프의 shear-thickening 비뉴톤 유체의 압력강하 및 대류 열전달률을 수치해석적으로 수행하였다. shear-thickening 유체의 구성 방정식은 기존의 비뉴톤 유체 멱법칙을 보완한 확장 멱법칙 모델을 채택하였다. 파이프 내의 압력강하를 의미하는 마찰계수와 확장 레이놀즈 수의 곱은 기존 연구의 비교자료와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 멱법칙 영역에서 각각 0.018% 및 0.06% 내에서 일치함을 보였고, 대류 열전달률을 의미하는 뉴셀트 수는 문헌치와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 멱법칙 영역에서 각각 0.025% 및 0.14% 내에서 일치함을 보였다. 비뉴톤 확장 멱법칙 유체 모델의 형태를 띠는 shear-thickening 유체를 열교환기 또는 상용파이프 내의 사각형 단면 파이프 내에서 사용하면 유동지수(n)에 따라서 뉴톤 유체보다 최대 160%의 압력강하를 증가시켰고 최대 14%의 대류 열전달 감소를 발생시킬 수 있었다.

• Composites Research
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• 제35권4호
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• pp.277-282
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• 2022

본 연구에서는 저가 재료인 전분과 물 기반의 현탁액을 이용하여 과속방지턱에 응용 가능한 스마트 소재를 개발하고 물성을 평가하였다. 유변물성측정기를 이용하여 전단율에 따른 점도 및 전단력을 측정하여 전분 농도별 전단농화 발생 현상을 확인하였다. 물체의 낙하 시험과 5-25 km/h의 주행 속도로 충격 후 진동을 측정한 자전거 주행 시험을 통해 거시적인 전단농화현상을 확인하였고, 과속방지턱의 적용 가능성을 확인하였다. 점도 측정 결과, 초기에 전단담화 구간에 이어 전단농화가 발생하였고, 전단농화 현상을 유발하는 임계 변형률은 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한 전분 농도 증가에 따라 점도와 전단력이 크게 증가하였다. 낙하시험과 자전거 주행시험 결과 현탁액이 단시간에 고체 상태로 바뀌었고 충격 에너지가 유체에 흡수되었다. 유체의 농도와 가하는 충격(속도)이 증가할수록 전단농화현상이 쉽게 발생하였다. 최종적으로 물과 전분 기반의 비뉴턴 유체로 5-25 km/h 범위에서 구동하는 스마트 과속방지턱 재료의 개발을 제안하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제14권2호
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• pp.140-145
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• 2013

The development of high performance fabrics have advanced body armor technology and improved ballistic performance while maintaining flexibility. Utilization of the shear thickening phenomenon exhibited by Shear Thickening Fluids (STF) has allowed further enhancement without hindering flexibility of the fabric through a process of impregnation. The effect of STF impregnation on the ballistic performance of fabrics has been studied for impact velocities below 700 m/s. Studies of STF-impregnated fabrics for high velocity impacts, which would provide a transition to significantly higher velocity ranges, are lacking. This study aims to investigate the effect of STF impregnation on the high velocity impact characteristics of Kevlar fabric by effectively dispersing silica nanoparticles in a suspension, impregnating Kevlar fabrics, and performing high velocity impact experiments with projectile velocities in the range of 1 km/s to compare the post impact characteristics between neat Kevlar and impregnated Kevlar fabrics. 100 nm diameter silica nanoparticles were dispersed using a homogenizer and sonicator in a solution of polyethylene glycol (PEG) and diluted with methanol for effective impregnation to Kevlar fabric, and the methanol was evaporated in a heat oven. High velocity impact of STF-impregnated Kevlar fabric revealed differences in the post impact rear formation compared to neat Kevlar.

• Smart Structures and Systems
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• 제30권5호
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• pp.447-462
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• 2022

The viscosity of a shear-thickening fluid damper (STFD) can increase dramatically when the STFD undergoes high-rate of excitation. Therefore, accurate numerical modelling of the STFD has been considered difficult due to this distinct feature. This study aims to develop a numerical model to accurately simulate the response of the STFD. First, a STFD is designed, fabricated, and installed in the laboratory. Then, performance tests are conducted in which sine waves with nine frequencies at three amplitude levels are adopted as the displacement excitations to the STFD. A novel numerical model which contains two parameter sets of the discrete Bouc-Wen model as well as two parameters for transiting the two parameter sets. Therefore, a total number of eighteen parameters need to be identified in the damper model. The symbiotic organisms search is applied to optimize the parameters. Numerical simulation results demonstrate that the proposed STFD model with transit parameter sets outperforms the conventional discrete Bouc-Wen model. The proposed STFD model can be applied to analyses of structures in which STFDs are installed in the future.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.17-24
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• 2007

본 연구는 순수 Kevlar 직물과 실리카 입자를 포함하는 전단농화유체가 함유된 Kevlar 액체방탄재(STF-Kevlar)에 대한 방탄충격에 의한 파단모드 연구이다. Cal.22 파편탄과 9mm FMJ 볼탄에 의한 방탄시험에 의하여 이 두 재료는 거시적 측면에서 다른 파단모드를 보여주었다. 순수 Kevlar 직물에서는 얀의 뽑힘(Pull-out)이, 그리고 STF-Kevlar 액체방탄재에서는 얀의 파단이 충격에너지를 흡수하는 주 기구로 나타났다. 전자주사현미경에 의한 미시적 관찰에서 Kevlar 섬유 표면의 벗겨짐, 섬유가 여러 가닥으로 갈라지는 스프리트, 그리고 섬유의 절단, 이 세가지 파단 모드가 손상 정도의 차이는 있지만 공통적으로 두 재료에서 관찰되었다. STF-Kevlar에서, 얀 섬유의 파단은 첫째는 실리카 입자로 덮여있는 얀-얀, 직물-직물 사이의 마찰력과, 둘째는 충격시 전단농화 현상의 발생으로 얀의 이동이 강력하게 억제되기 때문인 것으로 보인다.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.1-7
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• 2007

본 연구는 전단농화유체(STF)가 함침된 Kevlar 복합재료(STF-Kevlar composite)의 제조 및 방탄성능 평가에 관한 내용이다. 전단농화유체는 fumed silica와 구형 silica를 에틸렌글리콜에 혼합하여 제조하였고 이 유체를 Kevlar직물에 함침시켜 액체방탄재료를 제작하였다. 전단농화거동을 조사한 결과 사용된 STF는 모두 전단농화거동이 발현됨을 확인하였다. 그리고 방탄시험 결과 구형silica STF-Kevlar 복합재료가 보다 우수한 방탄특성을 나타내었다. 한편 방탄시험 시 neat Kevlar 시험편에서는 탄자가 섬유를 pull-out하면서 관통하는 현상이 발생하였으나 LBA시험편에서는 섬유의 pull-out 대신 원주방향으로 섬유가 변형되면서 방탄재료가 변형되는 거동을 보여 서로 다른 변형거동을 각각 나타내는 것으로 관찰되었다.

• 대한수학회보
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• 제57권6호
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• pp.1481-1490
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• 2020

It is obtained that a localization of the vorticity direction coherence conditions for the regularity of the 3D shear thickening fluids to an arbitrarily small space-time cylinder. It implies the regularity of any geometrically constrained weak solution of the system considered independently of the type of the spatial domain or the boundary conditions.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제19권3호
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• pp.330-338
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• 2016

Impregnation of shear-thickening fluid(STF) into high-strength fabrics makes a considerable improvement on the ballistic performance of fabric armors. Understanding dissipation augmentation due to shear thickening effects on yarn-yarn and yarn-projectile friction is of great importance in liquid armor research. This paper takes a shearthickening effect into account in numerical simulations by using a velocity-dependent friction model. Impact simulations were performed to validate the friction model as well as to evaluate the ballistic performance of STF-fabrics. Impact simulations on neat fabrics were also conducted to provide baseline results for comparison.

• 화약ㆍ발파
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• 제41권3호
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• pp.1-12
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• 2023

근접 폭발로 인해 발생하는 폭발 충격파의 위험을 완화하기 위한 기술에 대한 기초 평가를 수행하였다. 기존의 일반적인 기술로는 폭발물 주변이나 충격파의 진행 방향에 방호물질을 사용하여 차단막을 형성하는 방법이 사용되었다. 다양한 폭발 에너지 분산 메커니즘이 제안되었으며, 임피던스 차이를 활용한 폭발 충격파 완화에 대한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 전단농화유체(STF)를 충격완화물질로 적용하여 폭발 충격파 완화에 대한 폭발실험 및 수치해석을 통해 STF 완화물질의 효과를 평가하였다. 그 결과로써 STF 완화물질의 폭발 충격압 감쇄성능의 실효성을 확인할 수 있었다.