• Composites Research
• /
• 제29권6호
• /
• pp.375-378
• /
• 2016

Characteristics of nanocrystalline materials are known substantially dependent on the microstructure such as grain size, crystal orientation, and grain boundary. Thus it is desired to have systematic characterization methods on the various nanomaterials with complex geometries, especially in low dimensional nature. One of the interested nanomaterials would be a pure two-dimensional material, graphene, with superior mechanical, thermal, and electrical properties. In this study, mechanical properties of "polycrystalline" graphene were numerically investigated by molecular dynamics simulations. Subdomains with various sizes would be generated in the polycrystalline graphene during the fabrication such as chemical vapor deposition process. The atomic models of polycrystalline graphene were generated using Voronoi tessellation method. Stress strain curves for tensile deformation were obtained for various grain sizes (5~40 nm) and their mechanical properties were determined. It was found that, as the grain size increases, Young's modulus increases showing the reverse Hall-Petch effect. However, the fracture strain decreases in the same region, while the ultimate tensile strength (UTS) rather shows slight increasing behavior. We found that the polycrystalline graphene shows the reverse Hall-Petch effect over the simulated domain of grain size (< 40 nm).

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제44권1호
• /
• pp.73-84
• /
• 2012

This paper strongly addresses to the problem of the mechanical systems in which parameters are uncertain and bounded. Interval calculation is used to find sharp bounds of the structural parameters for infilled frame system modeled with finite element method. Infill walls are generally treated as non-structural elements considerably to improve the lateral stiffness, strength and ductility of the structure together with the frame elements. Because of their complex nature, they are often neglected in the analytical model of building structures. However, in seismic design, ignoring the effect of infill wall in a numerical model does not accurately simulate the physical behavior. In this context, there are still some uncertainties in mechanical and also geometrical properties in the analysis and design procedure of infill walls. Structural uncertainties can be studied with a finite element formulation to determine sharp bounds of the structural parameters such as wall thickness and Young's modulus. In order to accomplish this sharp solution as much as possible, interval finite element approach can be considered, too. The structural parameters can be considered as interval variables by using the interval number, thus the structural stiffness matrix may be divided into the product of two parts which correspond to the interval values and the deterministic value.

• 센서학회지
• /
• 제31권1호
• /
• pp.6-11
• /
• 2022

To date, various techniques have been utilized to assess the contractility of cardiomyocytes and their response to drug-induced toxicity. However, these techniques are either invasive or involve complex fabrication methods and expertise. Here, we introduce the use of video-based analysis software to track the motion of cardiomyocytes and assess their contractility. The software, called "Tracker", is freely available and this is the first attempt at using it for cardiac contractility measurement. We used the software to measure the contractile properties of cells cultured on a rigid substrate and two flexible polydimethylsiloxane (PDMS) substrates having different elastic moduli day-wise up to eight days. Contractility was found to be highest in the most flexible substrate. Subsequently, the cardiotoxicity response of the cells on three different substrates was analyzed with verapamil. It was observed that the cells on rigid substrate were primarily affected by drug-induced toxicity, while the drug had a lesser impact on cells on the more flexible PDMS substrate. Evidently, the flexible substrate aided the maturation of cells and had lower drug toxicity, while the cells on PS could not fully mature. The assessment of cardiomyocytes using "Tracker" proved to be simple and reliable.

• 멤브레인
• /
• 제19권2호
• /
• pp.89-95
• /
• 2009

Poly(vinyl chloride) (PVC) 주사슬과 poly(hydroxyethyl acrylate) (PHEA) 곁사슬로 구성된 빗살모양의 PVC-g-PHEA 공중합체를 원자전달라디칼 중합을 통해 합성하였다. 이렇게 합성된 PVC-g-PHEA의 OH 그룹과 이미다졸 디카르복실릭산 (IDA)의 COOH 그룹과의 에스테르 반응에 의하여 가교된 전해질막을 제조하였다. 인산(PA)을 도핑하여 이미다졸-인산 착체를 형성한 결과, PA함량이 증가함에 따라 고분자 전해질막의 수소 이온 전도도가 증가하였다. 특히 100도 비가습 조건에서 수소 이온 전도도는 최대 0.011 S/cm까지 증가하였다. 만능 재료 시험기(UTM) 측정결과, 제조된 PVC-g-PHEA/IDA/PA 전해질막은 575 MPa의 높은 Young 모듈러스 및 기계적 강도를 보여주었다. 열분석 결과(TGA) 전해질막은 $200^{\circ}C$까지 열적으로 안정함을 확인하였다.

• Composites Research
• /
• 제34권4호
• /
• pp.241-248
• /
• 2021

전기자동차 시장이 성장함에 따라 배터리 효율을 증가시키기 위해 차량 경량화 이슈가 대두되고 있다. 이에 전기자동차 배터리 모듈을 보호하는 배터리 모듈 커버를 기존 알루미늄 소재에서 알루미늄 대비 절반 수준의 무게를 가지는 고강도/고내열성 고분자 복합소재로 대체하고자 한다. 또한 복잡한 형상에 대한 제약이 없고, 다품종 소량생산에 유리한 3D 프린팅 기술을 접목하여 기술 변화가 빠른 초기 전기자동차 시장에 대응하고자 한다. 복합소재 역학에 기반하여 압출기를 통해 가공한 단섬유 GF(glass fiber)/PC(polycarbonate) 복합소재 내 유리섬유의 임계길이(critical length)가 453.87 ㎛임을 도출하였고, 사이드 피딩(side feeding) 방식의 가공법을 택함으로써 기존 365.87 ㎛이었던 잔류섬유길이를 향상시킴과 동시에 분산성을 향상시켰다. 이에 30 wt%의 GF가 함유된 GF/PC 복합소재로 인장강도(tensile strength) 135 MPa, 탄성계수(Young's modulus) 7.8 MPa의 최적의 물성을 구현하였다. 또한 3D 프린팅 필라멘트가 상용 필라멘트 규격인 두께 1.75 mm, 표준편차 0.05 mm를 만족하기 위해서 필라멘트 압출 조건(온도, 압출속도)을 최적화하였다. 제작된 필라멘트를 통해 기공률을 최소화하며 강도를 최대화하고, 동시에 생산성 향상을 위해 프린팅 속도를 최대화하는 다중 최적화 문제를 통해 3D 프린팅 공정조건(온도, 프린팅 속도)을 최적화하였고, 이로써 기존 상용화 되어있는 동일 소재 필라멘트 대비 인장강도 11%, 탄성계수 56%가 향상된 결과를 얻었으며, 출력물의 후처리(post-process)를 통해 후처리 전 대비 인장강도 5%, 탄성계수 18%를 추가로 향상시켰다. 끝으로 유한요소해석(finite element analysis, FEA) 기법을 활용하여 전기자동차 배터리 모듈 커버의 시험 규격(ISO-12405)의 Mechanical Shock test의 기준을 만족하도록 배터리 모듈 커버의 구조를 최적화하였고, 이로써 배터리 커버 시험규격을 만족하면서 동시에 알루미늄을 사용했을 때 대비 37%의 경량화를 달성하였다. 해당 연구 결과 및 연구 방법을 활용하여 향후 다양한 분야에 고분자 복합소재 3D 프린팅 기술이 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Macromolecular Research
• /
• 제11권6호
• /
• pp.410-417
• /
• 2003

Poly(methyl methacrylate-co-acrylonitrile) [P(MMA-co-AN)]/Na-MMT nanocomposites were synthesized through emulsion polymerization with pristine Na-MMT. The nanocomposites were exfoliated up to 20 wt% content of pristine Na-MMT relative to the amount of MMA and AN, and exhibited enhanced storage moduli, E', relative to the neat copolymer. The exfoliated morphology of the nanocomposite was confirmed by XRD and TEM. 2-Acryla-mido-2-methyl-1-propane sulfonic acid (AMPS) widened the galleries between the clay layers before polymerization and facilitated the comonomers, penetration into the clay to create the exfoliated nanocomposites. The onset of the thermal decomposition of the nanocomposites shifted to a higher temperature as the clay content increased. By calculating areas of tan$\delta$ of the nanocomposites, we observed that the nanocomposites show more solid-like behavior as the clay content increases. The dynamic storage modulus and complex viscosity increased with clay content. The complex viscosity showed shear-thinning behavior as the clay content increased. The Young's moduli of the nano-composites are higher than that of the neat copolymer and they increase steadily as the silicate content increases, as a result of the exfoliated structure at high clay content.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제31권3호
• /
• pp.261-276
• /
• 2019

The study investigates the free vibration of a nano-scale sandwich beam by an extended high order approach, which has not been reported in the existing literature. First-order shear deformation theory for steel skins and so-called high-order sandwich panel theory for the core are applied. Next, the modified couple stress theory is used for both skins and cores. The Hamilton principle is utilized for deriving equations and corresponding boundary conditions. First, in the study the three-mode shapes natural frequencies for various material parameters are investigated. Also, obtained results are evaluated for two types of stiff and soft cores and isotropic, homogenous steel skins. In the research since the governing equations and also the boundary conditions are nonhomogeneous, therefore some closed-form solutions are not applicable. So, to obtain natural frequencies, the boundary conditions are converted to initial conditions called the shooting method as the numerical one. This method is one of the most robust approaches to solve complex equations and boundary conditions. Moreover, three types of simply supported on both sides of the beam (S-S), simply on one side and clamp supported on the other one (S-C) and clamped supported on both sides (C-C) are scrutinized. The parametric study is followed to evaluate the effect of nano-size scale, geometrical configurations for skins, core and material property change for cores as well. Results show that natural frequencies increase by an increase in skins thickness and core Young modulus and a decrease in beam length, core thickness as well. Furthermore, differences between obtained frequencies for soft and stiff cores increase in higher mode shapes; while, the more differences are evaluated for the stiff one.

• Elastomers and Composites
• /
• 제49권1호
• /
• pp.24-30
• /
• 2014

3-Amino-1,2,4-triazole(ATA)을 비상용성 블렌드인 maleated HDPE(mHDPE)/maleated EPDM (mEPDM)(50 wt%/50 wt%)에 용융혼합에 의해 2.5 phr, 5.0 phr 첨가하였으며, ATA 첨가에 따른 블렌드의 미세구조, 기계적물성 및 유변물성을 FT-IR, FE-SEM, 인장시험, DMA 및 ARES를 이용하여 각각 조사하였다. FTIR 및 DMA 분석결과 용융혼합 과정에서 ATA가 mHDPE 및 mEPDM의 말레무수물과 반응하여 초분자적 수소결합이 형성되며, 이로부터 물리적 가교구조가 형성되는 것을 알 수 있었다. FE-SEM 분석결과 mHDPE/mEPDM 블렌드는 플라스틱인 HDPE가 연속상을 이루고 고무상인 EPDM이 분산상을 이루며 ATA를 첨가함으로써 모폴로지가 더욱 미세해짐을 알 수 있었다. 인장물성시험결과 ATA에 첨가에 의해 형성된 물리적가교구조로 인해 인장강도, 모듈러스, 파단신율 값 및 탄성복원력이 증가되었으며, 용융레올로지 특성 분석결과 ATA가 첨가됨으로써 블렌드의 저장탄성율과 용융점도가 증가됨을 알 수 있었다.

• Elastomers and Composites
• /
• 제49권2호
• /
• pp.134-143
• /
• 2014

자가치유형 아스팔트를 구현하기 위하여 분자간결합력이 큰 고분자를 아스팔트에 투입시켰다. 사용된 고분자는 셜린, 나일론 및 폴리에스터이다. 이 고분자들은 가공온도가 $200^{\circ}C$를 넘어 고체상태로는 투입이 어려워 용액상태로 첨가하였다. 고분자가 첨가된 아스팔트들은 우수한 개질효과와 치유효과를 나타내었다. 인장강도에서 고분자개질아스팔트들은 고분자가 5% 투입되었으나 강도는 18%이상 증가하였다. 고분자와 아스팔트분자 간에 상호작용이 있는 것으로 보인다. 특히 셜린과의 분자간결합력이 가장 큰 것으로 보인다. 셜린은 아스팔트와 수소결합 및 아스팔트내에 존재하는 금속들과 이온결합을 할 것이다. 치유성에 있어서는 인장강도 면에서 셜린이 가장 높은 138%의 치유능을 나타내었으며 복합모듈러스 면에서는 폴리에스터가 141%의 치유능을, 충격강도 면에서는 나일론이 131%의 치유능을 보였다. 이는 치유능 해석에서 고분자의 분자간결합력도 중요 사항이지만 고분자와 아스팔트간의 상호작용 또한 중요한 고려 사항이 되어야함을 의미한다.

• 화약ㆍ발파
• /
• 제38권4호
• /
• pp.1-15
• /
• 2020

국내의 지하공간 활용이 증가함에 따라 지하에 매설되어 있는 가스관과 같은 시설물에서의 폭발 사고가 꾸준히 발생하고 있다. 인구밀도가 높은 도심지에서는 개별의 폭발 사고가 복합적인 큰 사고로 확산될 가능성이 존재한다. 따라서, 도심지에서의 폭발이 지하구조물의 안정성에 미치는 영향을 평가하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 터널과 인접한 곳에서의 폭발이 지하구조물의 안정성에 영향력을 미치는 요인들의 영향을 파악하기 위하여 폭발 조건과 암반의 물성을 포함한 8개 인자들에 대한 민감도 분석을 실시하였다. AUTODYN을 이용한 민감도 분석을 통해 각 인자들의 주영향과 교호작용효과를 분석하였다. 분석 결과, 폭발지점과 지하구조물 사이의 거리, 폭약량, 암석의 탄성계수가 터널 주변 응력성분에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.