Micro-screws can be defined by their outer diameter of generally less than 1 mm. They are manufactured by head forging and thread rolling processes. In this study, the thread rolling process was numerically analyzed for a micro-screw with a diameter and pitch of 0.8 and 0.2 mm, respectively. Through finite element (FE) analysis, the effects of two design parameters (die gap and chamfer height) on the dimensional accuracy were investigated. Three combinations of chamfer heights were chosen first and the corresponding die gap candidates selected by geometric calculation. FE analyses were performed for each combination and their results indicated that the concave chamfer height should be less than 0.3 mm, while a 10 ?m difference in the die gap might cause degeneration in dimensional accuracy. These results conclude that ultra-high accuracy is required in die fabrication and assemblies to ensure dimensional accuracy in micro-screw manufacturing.
미소 드랍릿 시편을 이용한 탄소섬유와 에폭시 수지 사이의 계면전단강도에 대해 시험분석하였다. 또한 드랍릿 모델, 원형 단면 모델, 인발모델의 3종류의 유한요소해석을 통해 섬유/수지간의 응력분포를 계산하였다. 본 연구결과는 다음과 같다. (1) 미소드랍릿 시험의 경우는 인발시험보다 섬유/수지의 계면에서 큰 응력집중이 나타났으며 계면박리가 낮은 하중수준에서도 발생하기 용이함을 알수 있었다. (2) 미소드랍릿시험에서 높은 계면강도를 보였는데, 이는 미소드랍릿의 형상과 사이즈, 바이스팁과 접촉하는 부위의 응력집중효과를 함께 받았기 때문으로 해석되었다.
The micro turbo generator is new portable power source based on the Brayton cycle, which consists of a compressor, a turbine, a generator, and a combustion chamber. In this paper, the thermodynamic analysis was performed to find the required condition for hundreds watts power in the micro turbo generator, and also the rotordynamic stability was predicted using the numerical analysis of air foil bearings which support the micro turbo generator. By experimental works, the rotordynamic stability of the micro turbo generator with foil bearings was verified. While various transient dynamic situation, the micro turbo generator had stable performances. From the result, it was demonstrated that air foil bearings could be adapted to the micro turbo generator as a excellent lubrication element.
Today, manufacturing capability at the micro or nano scale production field is requested strongly in view of parts and product miniaturization. Miniaturized parts and products will introduce lots of benefits in terms of high precision functionality and low energy consumption. This paper presents the results of micro milling machine tool development for micro machining process. Finite element analysis has been performed to know the relationship between design dimensional variables and structural stiffness in terms of static, dynamic, thermal aspects. Performance evaluation through machining has been tested and discussed for achievable machining characteristics.
The seal plays a role in preventing oil leakage when the lip and the rotating shaft come into contact with the fluid and air pressure. Recently, micro dimples or micro pockets are processed and used on the lubrication surfaces of thrust bearings, mechanical bearings, and piston rings. Compared to a smooth surface, micro dimples reduce friction and increase the life of parts. This paper analyzed various kinds of micro dimple shapes on the sealing surface, i.e. circle, rectangle, triangle, and trapezoid. For this purpose, Introduced the design of experiments to work out a micro dimple configuration, unlikely to be damaged from cracks and low in contact stress. As a result, the triangular dimple showed the best results. Optimal factors were dimple size 0.15 mm, dimple depth 0.0383 mm, dimple density 40%, and the maximum equivalent stress was 9.1455 MPa, and the maximum contact pressure was 9.6612 MPa. This paper analyzed the optimal shape of dimples by finite element analysis. As a research project, experiments and comparative analysis of micro dimple shapes are needed.
This study analyzed the regional morphological and mechanical characteristics of vertebrae by using micro-computed tomography (micro-CT) and micro finite element analysis (FEA). For the present study, the $12^{th}$ human thoracic vertebral bones (an 85-years female and a 48-years male) were used. These were scanned by using micro-CT. Structural parameters were evaluated from the acquired 20 image data for fifteen $4{\times}4mm^2$ regions (five regions in respective layers of superior, middle and inferior part) in the thoracic vertebral trabecular bones. $4{\times}4{\times}4mm^3$ cubic finite element models of each regions were created at $70{\mu}m$ voxel resolution to investigate effective modulus ($E^+$). The present study indicated that there were significant differences in morphological and elastic mechanical characteristics of each region. There are close relationship between effective modulus and structural model index (SMI) in the bone of the 48-years male and between effective modulus and bone volume fraction (BV/TV) in the bone of the 85-years female. In addition, the effective modulus of central regions is about 80% stiffer than that of lateral regions at transverse plane. These findings may be likely to explain the previous result that a change of loading distribution of the vertebral trabecular bones is caused by spinal curvature and nucleus pulpous degeneration of the intervertebral disc.
In this study, to minimize trial and error in the design and manufacturing processes of a high-precision large-surface micro-grooving machine which is able to fabricate the molds for 42 inch LCD light guide panels, the effects of the structural deformation of the micro-grooving machine according to the positions of the X-axis, Y-axis and Z-axis feed systems were examined on the tool tip displacement errors associated with the machining accuracy. The virtual prototype (finite element model) of the micro-grooving machine was constructed to include the joint stiffnesses of the hydrostatic bearings, hydrostatic guideways and linear motors, and then the tool tip displacement errors were measured from the virtual prototype. Especially, to establish the prediction model of the tool tip displacement errors, which was constructed using the positions of the X-axis, Y-axis and Z-axis feed systems as independent variables, the response surface method based on the central composite design was introduced. The reliability of the prediction model was verified by the fact that the tool tip displacement errors obtained from the prediction model coincided well those measured from the virtual prototype. And the causes of the tool tip displacement errors were identified through the analysis of interactions between the positions of the X-axis, Y-axis and Z-axis feed systems.
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.
본 연구에서는 개별요소해석 프로그램 PFC를 이용하여 실내 대형삼축압축시험에 대한 거동예측 및 실내시험 결과와의 분석을 수행하였다. 댐 축조용 락필재료(rockfill material)에 대한 실내 대형삼축압축시험을 수행하였으며, PFC 해석에 있어서는 초기 간극률을 고려한 개별요소 생성과 팽창, clump logic을 이용한 대상재료의 입도분포 모델링을 수행하였다. 특정 구속압 조건에 대한 실내시험 결과를 이용하여 개별요소해석시 필요한 미시 물성치(micro Parameter)를 산정하였으며, 이를 이용하여 다양한 응력조건에 대한 개별요소해석을 수행하였다. 본 연구결과, 개별요소법은 지반공학적 측면에서, 조립재료에 대한 미시적 거동(micro behavior) 및 전체적 거동(macro behavior)의 예측뿐 아니라, 수치시험실(numerical laboratory)로서 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
This study investigated changes of mechanical characteristics of the trabecular and cortical bone in the lumbar vertebrae of the ovariectomised (OVX) rat. In previous researches, there were many studies for morphology of osteoporotic bones based on Micro-Computed Tomography (Micro-CT). However, there were few studies for detecting and tracking changes of mechanical characteristics of the trabecular and cortical bone in the lumbar vertebrae of the OVX rat. For this study, the 4th lumbar of the OVX rat (female Sprague-Dawley) was utilized as a specimen. An OVX rat was scanned at week 0 (just before surgery), at week 4, and week 8 after surgery. Micro-finite element (${\mu}-FE$) analysis was used to investigate mechanical characteristics of the trabecular and cortical bone in the lumbar vertebrae for an OVX rat. When the OVX rat (at week 8) was compared with the OVX rat (at week 0), the structural modulus of cortical and trabecualr bone was decreased by 52% and 99%, respectively. This study showed the change of mechanical characteristics of cortical bone as well as trabecular bone of an OVX rat. Detecting and tracking changes of mechanical characteristics could greatly contribute to an experiment test for the trabecular and cortical bone in the lumbar vertebrae of an OVX rat by using In-vivo Micro-CT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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