• Smart Structures and Systems
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• 제31권1호
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• pp.89-100
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• 2023

This paper conducts a parametric study of a new tuned mass damper with pre-strained superelastic SMA helical springs (SMAS-TMD) on the vibration reduction effect. First, a force-displacement relation model of superelastic SMA helical spring is presented based on the multilinear constitutive model of SMA material, and the tension tests of the six SMA springs fabricated are implemented to validate the mechanical model. Then, a dynamic model of a single floor steel frame with the SMAS-TMD damper is set up to simulate the seismic responses of the frame, which are testified by the shaking table tests. The wire diameter, initial coil diameter, number of coils and pre-strain length of SMA springs are extracted to investigate their influences on the seismic response reduction of the frame. The numerical and experimental results show that, under different earthquakes, when the wire diameter, initial coil diameter and number of coils are set to the appropriate values so that the initial elastic stiffness of the SMA spring is between 0.37 and 0.58 times of classic TMD stiffness, the maximum reduction ratios of the proposed damper can reach 40% as the mass ratio is 2.34%. Meanwhile, when the pre-strain length of SMA spring is in a suitable range, the SMAS-TMD damper can also achieve very good vibration reduction performance. The vibration reduction performance of the SMAS-TMD damper is generally equal to or better than that of the classic optimal TMD, and the proposed damper effectively suppresses the detuning phenomena that often occurs in the classic TMD.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.377-387
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• 2014

본 연구는 지진에 대한 구조물의 손상을 최소화 하기 위하여 슬립 저항력을 활용한 새로운 형태의 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 설계와 개발을 주로 다루고자 한다. 가새 부재 내에서 전단력에 의한 마찰 거동으로 상당량의 에너지를 수동적으로 소산하기 위하여 플레이트 전단 이음부 위에 슬롯 형태의 볼트 구멍을 설치한다. 여기에 전단 마찰 거동으로 인해 발생되는 잔류변형을 줄이고자 상온에서 원형복원이 가능한 초탄성 형상합금 와이어를 꼬아서 만든 연선을 설치하여 댐퍼 시스템 내에 복원성을 증진 시켰다. 기존에 주로 사용된 수동적인 변위 제어 장치와 비교하여 본 연구에서 다루고자 하는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템은 중심 가새 프레임 구조물에 손쉽게 설치하여 지진발생 후에 구조물에 발생하는 층간 잔류변위를 최소화하여 유지 보수에 소모되는 비용의 대폭적인 절감을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 역학적인 거동 메커니즘을 살펴보고 실험값으로 보정되어 신뢰성을 확보한 스프링 모델을 사용하여 해석을 실시하였다. 시스템에 다양한 설계 변수를 적용하여 복원성과 에너지 소산 능력 측면에서 제안된 댐퍼의 성능 동향을 분석을 하고 최적의 설계 방식을 제안하고자 한다. 마지막으로 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼를 중심 가새 프레임 구조물에 설치하여 비선형 동적 해석을 실시하고 기존의 시스템과 비교하여 성능적인 우수성을 입증하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권2호
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• pp.154-162
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• 2017

인공위성의 시스템 설계 및 운용에 대한 이해증진을 목적으로 국내에서는 2012년을 시작으로 매년 캔위성 경연대회가 개최되고 있다. 본 논문에서 제안한 캔위성은 2016년 경연대회에 출전한 SCSky(Smart Call from the Sky) CanSat으로, 주요임무는 캔위성에 탑재된 스마트폰을 이용하여 영상통화 연결을 통해 위성체 내 외부 및 비행영상 획득을 목표로 하고 있으며, 임무 구현을 위해 형상기억합금 와이어를 적용한 원격터치시스템을 개발하였다. 아울러 부가적인 임무로 비행 임무동안 보다 넓은 범위의 지상관측영상 획득을 목적으로 형상기억합금스프링을 적용한 광역스캔카메라 메커니즘을 개발하였다. 본 논문에서는 상기 캔위성에 대한 임무를 비롯해 개발 탑재체 및 캔위성 시스템 소개, 최종 비행시험결과에 대하여 서술하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제4권2호
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• pp.221-232
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• 2008

This paper represents the final results of a research program sponsored by the European Commission through project WIND-CHIME ($\underline{W}$ide Range Non-$\underline{IN}$trusive $\underline{D}$evices toward $\underline{C}$onservation of $\underline{HI}$storical Monuments in the $\underline{ME}$diterranean Area), in which the possibility of using advanced seismic protection technologies to preserve historical monuments in the Mediterranean area is investigated. In the current research, the dynamic characteristics of two outstanding Mamluk-Style minarets, which similar minarets were reported to experience extensive damage during Dahshur 1992 earthquake, are investigated. The first minaret is the Qusun minaret (1337 A.D, 736 Hijri Date (H.D)) located in El-Suyuti cemetery on the southern side of the Salah El-Din citadel. The minaret is currently separated from the surrounding building and is directly resting on the ground (no vaults underneath). The total height of the minaret is 40.28 meters with a base rectangular shaft of about 5.42 ${\times}$ 5.20 m. The second minaret is the southern minaret of Al-Sultaniya (1340 A.D, 739 H.D). It is located about 30.0 meters from Qusun minaret, and it is now standing alone but it seems that it used to be attached to a huge unidentified structure. The style of the minaret and its size attribute it to the first half of the fourteenth century. The minaret total height is 36.69 meters and has a 4.48 ${\times}$ 4.48 m rectangular base. Field investigations were conducted to obtain: (a) geometrical description of the minarets, (b) material properties of the minarets' stones, and (c) soil conditions at the minarets' location. Ambient vibration tests were performed to determine the modal parameters of the minarets such as natural frequencies and mode shapes. A $1/16^{th}$ scale model of Qusun minaret was constructed at Cairo University Concrete Research Laboratory and tested under free vibration with and without SMA wire dampers. The contribution of SMA wire dampers to the structural damping coefficient was evaluated under different vertical loads and vibration amplitudes. Experimental results were used along with the field investigation data to develop a realistic 3-D finite element model that can be used for seismic risk evaluation of the minarets. Examining the updated finite element models under different seismic excitations indicated the vulnerability of such structures to earthquakes with medium to high a/v ratio. The use of SMA wire dampers was found feasible for reducing the seismic risk for this type of structures.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권2호
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• pp.80-87
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• 2009

비혈관 스텐트(식도용, 담도용, 대장용, 십이지장용, 기관지용) 재질로 가장 널리 사용되고 있는 Nitinol wire 형상기억합금의 기계적 특성 향상을 위해 초음파 나노표면 개질(UNSM) 기술을 적용하여 Nitinol wire의 상변화와 초탄성 특성 및 표면 잔류응력 등의 변화를 연구하였으며, 탄력에너지와 부식내구성을 통한 스텐트의 수명 연장방법을 연구하고자 하였다. 본 연구에 사용된 Nitinol wire는 ${\phi}1.778$ mm로 UNSM 처리 전후의 표면거칠기 값은 Ra=0.092${\mu}m$와 Ra=0.093${\mu}m$로 비슷 하였지만, 초기시편에서는 미세결함과 인발가공 흔적이 확연히 관찰되었으나, UNSM 후에는 인발가공 흔적과 미세 표면 결함은 사라진 것이 발견되었다. 또한 잔류응력 측정 결과, 초기 시험편에는 +3.65 MPa였으나 UNSM 처리 후에는 -4.09 MPa로 확인되었으며, XRD를 통한 결정구조 분석 결과 $42.28^{\circ}$에서 초기보다 약한 (110) 오스테나이트 피크가 관찰되었으며, 대신 (020), ($1{\overline{1}}1$), 그리고 (021) 피크가 명확히 Martensite (B19' Monoclinic lattices) 구조로 확인되었고, (300)의 R상 (Rhombohedral lattices)에 대한 추가 피크가 미비하게 관찰되었다. 탄성변형에 따른 에너지 흡수력과 하중 제거에 따른 에너지의 회복력인 탄력계수(modulus of resilience) $U_r$은 단위체적당 변형률 에너지로 4.31 $MJ/m^3$에서 5.85 $MJ/m^3$로 증가하였다. 이와 같이 표면결함 제거와 인장응력을 압축응력으로 재편성하는 것만으로도 피로내구성을 크게 향상시킬 수 있다고 사료되며, 생체적합성과 더불어 내부식성, 내마모성 및 내구수명 향상을 실용화할 수 있는 표면개질 장치가 개발된다면, 현재 한국인 사망원인 1위인 순환계 질환(심근경색, 뇌졸중 등)에 사용되는 혈관계통의 스텐트 개발에도 응용개발연구가 가능할 것으로 예상된다.

• 대한치과교정학회지
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• 제36권5호
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• pp.349-359
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• 2006

니켈-티타늄 합금은 높은 spring-back성질, 초탄성 효과, 형상기억 효과 등의 장점을 가지고 있으나 성형이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 니켈-티타늄 와이어의 굴곡을 위한 열처리 시에 나타나는 부하-변위 곡선의 변화 및 상전이 온도 변화와 같은 물성 변화 양상을 조사하고자 하였다. 수종의 니켈-티타늄 와이어를 열처리를 시행하지 않은 군, 전기저항 열처리 장치를 이용하여 와이어 단면적에 따라 제조회사에서 권장하는 전류를 기초로 하여 $00.016"\;{\times}\;00.022"$ (5 A, 7 sec), $0.018"\;{\times}\;0.025"$ (6 A, 7 sec) 그리고 $0.0215"\;{\times}\;0.028"$ (7 A, 8 sec) 와이어를 열처리만 시행한 실험군, 열처리를 시행하여 굴곡을 부여한 실험군 그리고 열처리 시간을 1초 증가시켜 굴곡을 부여한 실험군으로 분류하여 3점 굴곡 실험과 시차주사열량측정을 하여 다음과 같은 결과를 얻었다. $0.016"\;{\times}\;0.022"$, $0.018"\;{\times}\;0.025"$ 그리고 $0.0215"\;{\times}\;0.028"$ 니켈-티타늄 와이어에서 굴곡을 부여하지 않고 열처리만 시행한 실험군이 열처리를 시행하지 않은 대조군에 비해 부하-변위 곡선이 상방 이동되어 초탄성 현상에 의한 평탄역(loading and unloading plateau)의 힘이 더 증가되었다. $0.016"\;{\times}\;0.022"$, $0.018"\;{\times}\;0.025"$ 그리고 $0.0215"\;{\times}\;0.028"$ 와이어에서 열처리만 시행한 실험군이 열처리를 시행하지 않은 군보다 더 낮은 austenite finish ($A_f$) 온도를 보였다. $0.018"\;{\times}\;0.025"$ 및 $0.0215"0.028"$ 와이어에서 열처리를 시행하여 굴곡을 부여한 실험군은 열처리만 시행한 실험군과 열처리를 시행하지 않은 대조군에 비해 부하-변위 곡선이 상방 이동되었으며, 열처리 시간을 1초 증가시켜 굴곡을 부여한 실험군에서 가장 높은 부하-변위 곡선을 나타냈다. $0.018"\;{\times}\;0.025"$ 그리고 $0.0215"\;{\times}\;0.028"$ 와이어에서 $A_f$ 온도는 열처리 시간을 1초 증가시켜 굴곡을 부여한 실험군에서 가장 낮게 관찰되었고 열처리를 시행하여 굴곡을 부여한 실험군, 열처리만 시행한 실험군 그리고 열처리를 시행하지 않은 대조군 순으로 높게 관찰되었다. 이상의 결과를 종합할 때, 임상에서 니켈-티타늄 합금 와이어에 굴곡을 부여하기 위해 열처리하는 경우 초탄성 특성은 유지될 수 있으나, 부하-변위 곡선의 상방 증가가 나타나므로, 와이어에 의한 교정력이 증가될 수 있음에 유의하여야 한다.