In this paper, the classical continuum mechanics is adopted and modified to be consistent with the unique behavior of micro/nano solids. At first, some kinematical principles are discussed to illustrate the effect of the discrete nature of the microstructure of micro/nano solids. The fundamental equations and relations of the modified couple stress theory are derived to illustrate the microstructural effects on nanostructures. Moreover, the effect of the material surface energy is incorporated into the modified continuum theory. Due to the reduced coordination of the surface atoms a residual stress field, namely surface pretension, is generated in the bulk structure of the continuum. The essential kinematical and kinetically relations of nano-continuums are derived and discussed. These essential relations are used to derive a size-dependent model for Mindlin functionally graded (FG) nano-plates. An analytical solution is derived to show the feasibility of the proposed size-dependent model. A parametric study is provided to express the effect of surface parameters and the effect of the microstructure couple stress on the bending behavior of a simply supported FG nano plate.
Rubber components are widely used in many application such as vibration isolators, damping, ride quality. Rubber spring is used in primary suspension system for railway vehicle. Characteristics and useful life prediction of rubber spring was very important in design procedure to assure the safety and reliability. Non-linear properties of rubber material which are described as strain energy function are important parameter to design and evaluate of rubber spring. These are determined by physical tests which are uniaxial tension, equi-biaxial tension and pure shear test. The computer simulation was executed to predict and evaluate the load capacity and stiffness for rubber spring. In order to investigate the useful life, the acceleration test were carried out. Acceleration test results changes as the threshold are used for assessment of the useful life and time to threshold value were plotted against reciprocal of absolute temperature to give the Arrhenius plot. By using the acceleration test, several useful life prediction for rubber spring were proposed.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.6
no.4
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pp.14-20
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2005
In this paper, a new field of metrology called 'precision nanometrology' is presented. The 'precision nanometrology' is the result of evolutions of the traditional 'precision metrology' and the new 'nanometrology'. 'Precision nanometrology' is defined here as the science of dimensional measurement and motion measurement with 100 nm to 0.1 nm resolution/uncertainty within a range of micrometer to meter. The definition is based on the fact that nanometrology in nanoengineering and the precision industries, such as semiconductor industry, precision machine tool industry, precision instrument industry, is not only concerned with the measurement resolution and/or uncertainty but also the range of measurement. It should also be pointed out that most of the measurement objects in nanoengineering have dimensions larger than 1 micrometer. After explaining the definition of precision nanometrology, the paper provides several examples showing the critical roles of precision nanometrology in precision nanosystems, including nanometrology system, nanofabrication system, and nanomechatronics system.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.344-349
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2005
This paper presents a geometrical error analysis of wheel curve generation method for micro aspheric surface machining using parallel grinding method. In aspheric grinding, wheel wear in process is crucial parameter for profile error of the ground surface. To decrease wheel weal parallel grinding method is adopted. Wheel and work piece (Tungsten carbide) contact point changes during machining process. In truing process of the wheel radius is determined by the angle and distance between wheel and truer. Wheel radius error is predominantly affected by vertical deviation between the wheel rotation center and the truer center Simulation for vertical error and wheel radius error shows same tendency that expected by geometrical analysis. Experimental results show that the analysis of curve generation method matches with simulations and wheel radius errors.
Yang, Taehyun;Park, Celine;Rah, Sang-Hyun;Shon, Min Ju
Molecules and Cells
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v.45
no.1
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pp.16-25
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2022
Mechanical forces play pivotal roles in regulating cell shape, function, and fate. Key players that govern the mechanobiological interplay are the mechanosensitive proteins found on cell membranes and in cytoskeleton. Their unique nanomechanics can be interrogated using single-molecule tweezers, which can apply controlled forces to the proteins and simultaneously measure the ensuing structural changes. Breakthroughs in high-resolution tweezers have enabled the routine monitoring of nanometer-scale, millisecond dynamics as a function of force. Undoubtedly, the advancement of structural biology will be further fueled by integrating static atomic-resolution structures and their dynamic changes and interactions observed with the force application techniques. In this minireview, we will introduce the general principles of single-molecule tweezers and their recent applications to the studies of force-bearing proteins, including the synaptic proteins that need to be categorized as mechanosensitive in a broad sense. We anticipate that the impact of nano-precision approaches in mechanobiology research will continue to grow in the future.
Park, Myung Joon;Kim, Sung Joon;Lee, Si Hong;Kim, Soo In;Lee, Chang Woo
Journal of the Korean Vacuum Society
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v.22
no.5
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pp.245-249
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2013
The $HfO_X$ thin film was deposited what it has been paid attention to the next generation oxide thin layer of MOSFET (metal-Oxide semiconductor field-effect-transistor) by rf magnetron sputter on Si (100) substrate. The $HfO_X$ thin film was deposited using a various oxygen gas flows (5, 10, 15 sccm). After deposition, $HfO_X$ thin films were annealed from 400 to $800^{\circ}C$ for 20 min in nitrogen ambient. The electrical characteristics of the $HfO_X$ thin film was improved by leakage current properties, depending on the increase of oxygen gas flow and annealing temperature. In particular, the properties of nano-mechanics of $HfO_X$ thin films were measured by AFM and Nano-indenter. From the results, the maximum indentation depth at the basis of maximum indentation force was increased from 24.9 to 38.8 nm according to increase the annealing temperature. Especially, the indentation depth was increased rapidly at $800^{\circ}C$. The rapid increasement of indentation depth was expected to be due to the change of residual stress in the $HfO_X$ thin film, and this result was caused by relative flux of oxygen outgasing during the annealing process.
Park, Yong-Jin;Kim, Jae-Hyun;Lee, Kyubock;Lee, Seung-Mo
Korean Chemical Engineering Research
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v.58
no.1
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pp.135-141
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2020
Although the graphene is regarded as a promising material for the electrode of the supercapacitor, its electrochemical performance is still less enough to satisfy the current demand raised in real applications. Here, using a home laser engraver, firstly we performed the prompt and selective reduction of the graphene oxide to produce multilayered and highly porous graphene maintaining high electrical conductivity. Subsequently, the resulting graphene was conformally deposited with pseudocapacitive thin VOx using atomic layer deposition in order to enhance specific capacitance of graphene. We observed that various forms of VOx exist in the VOx/graphene hybrid through XPS analysis. The hybrid showed highly improved specific capacitance (~189 F/g) as compared to the graphene without VOx. We expect that our approach is accepted as one of the alternatives to produce the graphene-based electrode for various energy storage devices.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.3
s.192
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pp.117-123
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2007
This paper describes a three-probe system that can be used to measure the parallelism and straightness of a pair of rails simultaneously. The parallelism is measured using a modified reversal method, while the straightness is measured using a sequential two-point method. The measurement algorithms were analyzed numerically using a pair of functionally defined rails to validate the three-probe system. Tests were also performed on a pair of straightedge rails with a length of 250 mm and a maximum straightness deviation of $0.05{\mu}m$, as certified by the supplier. The experimental results demonstrated that the parallelism-measurement algorithm had a cancellation effect on the probe stage motion error. They also confirmed that the proposed system could measure the slope of a pair of rails about $0.06{\mu}rad$. Therefore, by combining this technique with a sequential differential method to measure the straightness of the rails simultaneously, the surface profiles could be determined accurately and eliminate the stage error. The measured straightness deviation of each straight edge was less than $0.05{\mu}m$, consistent with the certified value.
In this study, small punch test and tensile test were performed with specimens directly machined from an ASTM A53 grade B carbon steel pipe at which an explosion accident was occurred in the Heavy Oil Unit. Main damage mechanism of the pipe was known as a high temperature hydrogen attack(HTHA). Effects of HTHA on the mechanical strength change of the A53B steel were studied in detail. Small punch test results have showed that maximum reaction forces, SP energy and ductility were decreased at hydrogen attacked part of the pipe compared with sound part of the pipe. Yield strength and tensile ultimate strength were calculated with the obtained small punch test curve results using different methods and compared the estimation methods. Small punch test simulation has been also performed with the finite element method and then mechanical strength, equivalent strain and fracture toughness were calculated with the obtained numerical analysis results. It was shown that the fracture toughness data calculated from small punch equivalent energy obtained by the finite element analysis for SP test was very low at the hydrogen attacked part.
The influence of surface elasticity and surface residual stress on the elastic field of an isotropic nanoscale elastic layer of finite thickness bonded to a rigid material base is considered by employing the Gurtin-Murdoch continuum theory of elastic material surfaces. The fundamental solutions corresponding to buried vertical and horizontal line loads are obtained by using Fourier integral transform techniques. Selected numerical results are presented for the cases of a finite elastic layer and a semi-infinite elastic medium to portray the influence of surface elasticity and residual surface stress on the bulk stress field. It is found that the bulk stress field depends significantly on both surface elastic constants and residual surface stress. The consideration of out-of-plane terms of the surface stress yields significantly different solutions compared to previous studies. The solutions presented in this study can be used to examine a variety of practical problems involving nanoscale/soft material systems and to develop boundary integral equations methods for such systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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