Recently, as display and semiconductor devices have been miniaturized and highly integrated, there is a demand for optimization of the structural characteristics of the thin film accordingly. The sputtering device has the advantage of stably obtaining a desired thin film depending on the material selected for the target. However, due to the structural characteristics of the sputtering equipment, the structural characteristics of the film may be different depending on the incidence angle of the sputtering target material to the substrate. In this study, the characteristics of the thin film material according to the scattering angle of the target material and the incidence position of the substrate were studied to find the optimization design rule of the sputtering equipment. To this end, a Si thin film of 1 ㎛ or less was deposited on the Si(100) substrate, and then the microstructure, reflectance, surface roughness, and thin film crystallinity of the thin film formed for each substrate location were investigated. As a result of the study, it was found that as the sputter scattering angle increased and the substrate incident angle decreased, the gap energy along with the surface structure of the thin film increased from 1.47 eV to 1.63 eV, gradually changing to a non-conductive tendency.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.59-68
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2003
An optimization Program is developed to produce new topologies of plane structures under multiload case. A four-node finite element is used in the response analysis to reduce the computation time and to ultimately achieve practical topology optimization. The bilinear finite element is prone to produce chequer-boarding phenomenon and a simple filtering process is therefore adopted. An artificial material model is employed to represent the structural material and the resizing algorithm based on the optimality criteria is adopted to update the material density parameter during optimization process. With newly developed optimization program, the comparison study has been made between single and multiload cases and its results are described in this paper. From numerical results, it appears that multiload case should be considered to achieve the practical topology optimization.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.4
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pp.293-299
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2016
In this paper, a projection method is introduced which is used in topology design optimization. In the projection method, each active design variable is projected onto the design domain depending on the shape and size of the projection functions, and the finite element under this projection receives a solid material. Furthermore, the size of the projection function defines the minimum length scale of the structural members. Therefore, a designer can easily apply design constraints without complicated post-processing procedure. In addition, the projection method can be combined with the homogenization theory, and applied to material design problem for composite materials. Topology design optimization for the unit-cell of the periodic structures can maximize the effective material properties, which yields the optimal material distribution with maximum bulk or shear moduli under a given volume fraction.
Alaa A. Abdelrahman;Hanaa E. Abd-El-Mottaleb;Mohamed G. Elblassy;Eman A. Elshamy
Steel and Composite Structures
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v.49
no.6
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pp.667-684
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2023
In the context of finite element method, a computational simulation is presented to study and analyze the dynamic behavior of regularly perforated functionally graded rotating beam for the first time. To investigate the effect of perforation configurations, both regular circular and squared perforation patterns are studied. To explore impacts of graded material distributions, both axial and transverse gradation profiles are considered. The material characteristics of graded materials are assumed to be smoothly and continuously varied through the axial or the thickness direction according the nonlinear power gradation law. A computational finite elements procedure is presented. The accuracy of the numerical procedure is verified and compared. Resonant frequencies, axial displacements as well as internal stress distributions throughout the perforated graded rotating cantilever beam are studied. Effects of material distributions, perforation patterns, as well as the rotating beam speed are investigated. Obtained results proved that the graded material distribution has remarkable effects on the dynamic performance. Additionally, circular perforation pattern produces more softening effect compared with squared perforation configuration thus larger values of axial displacements and maximum principal stresses are detected. Moreover, squared perforation provides smaller values of nondimensional frequency parameters at most of vibration modes compared with circular pattern.
JaeHoon Lim;Byoungsun Park;Jongmin Lim;Yun-Young Yang;Sung-Hyo Lee;Sang Soon Cho
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.22
no.2
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pp.139-144
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2024
Concrete structures must maintain their shielding abilities and structural integrity over extended operational periods. Despite the widespread use of dry storage systems for spent nuclear fuel, research on the properties of deteriorated concrete and their impact on structural performance remains limited. To address this significant research gap, static and dynamic material testing was conducted on concrete specimens carefully extracted from the outer wall of the High-flux Advanced Neutron Application ReactOr (HANARO), constructed approximately 30 years ago. Despite its age, the results reveal that the concrete maintains its structural integrity impressively well, with static compression tests indicating an average compressive strength exceeding the original design standards. Further dynamic property testing using advanced high-speed material test equipment supported these findings, showing the consistency of dynamic increase factors with those reported in previous studies. These results highlight the importance of monitoring and assessing concrete structures in nuclear facilities for long-term safety and reliability.
Pulatsu, Bora;Bretas, Eduardo M.;Lourenco, Paulo B.
Earthquakes and Structures
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v.11
no.4
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pp.563-582
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2016
The failure mechanism and maximum collapse load of masonry structures may change significantly under static and dynamic excitations depending on their internal arrangement and material properties. Hence, it is important to understand correctly the nonlinear behavior of masonry structures in order to adequately assess their safety and propose efficient strengthening measures, especially for historical constructions. The discrete element method (DEM) can play an important role in these studies. This paper discusses possible collapse mechanisms and provides a set of parametric analyses by considering the influence of material properties and cross section morphologies on the out of plane strength of masonry walls. Detailed modeling of masonry structures may affect their mechanical strength and displacement capacity. In particular, the structural behavior of stacked and rubble masonry walls, portal frames, simple combinations of masonry piers and arches, and a real structure is discussed using DEM. It is further demonstrated that this structural analysis tool allows obtaining excellent results in the description of the nonlinear behavior of masonry structures.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1997.04a
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pp.130-134
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1997
The structural defects, impurities, degree of crosslinking and shrinkage of 38 field-aged distribution cables have been analyzed. For the comparison of data, 9 new cables were also subjected to an analysis. It is observed that the structural defects and degree of crosslinking show a radial profile. The structural defects are different depending on the manufacturer. A large amount of impurities is present in the insulation shield, which hold true for the new cables manufactured recently. The degree of crosslinking near both shields is lower than that at the central region of the insulation layer. It was also found that, in some cal)toes, the ins난lation was not fully crosslinked. The shrinkage of field-aged cables is higher than that of new cables.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.110-120
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1999
Topology optimization is used for determining the best layout of structural components to achieve predetermined performance goals. In the present study, we consider that the objective function is to maximize the natural frequency of the structure for a designated mode and the constraint function is to constrain a total material usage. In this paper, using a topology optimization technique based on the homogenized material and the chessboard prevention strategy, we obtain the optimal layout and the reinforcement of an elastic structure. Several examples are presented to show the ability of the topology optimization technique used in this paper to deal with an optimal layout problem for a free vibration structure.
The material-based homogenization design method generates arbitrary topologies of initial structural design as well as reinforcement structural design by controlling the amount of material available. However, if a small volume constraint is specified in the design of Lightweight structures, thin and slender structures are usually obtained. For these structures stability becomes one of the most important requirements. Thus, to prevent overall buckling (that is, to increase stability), the objective of the design is to maximize the buckling load of a structure. In this paper, the buckling analysis is restricted to the linear buckling behavior of a structure. The global stability requirement is defined as a stiffness constraint, and determined by solving the eigenvalue problem. The optimality conditions to update the design variables are derived based on the sequential convex approximation method and the dual method. Illustrated examples are presented to validate the feasibility of this method in the design of structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.7
s.166
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pp.1104-1111
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1999
A brake pedal for the flight control system of the Korean primary trainer is developed using composite material. The development includes the structural design, stress analysis, manufacturing and the qualification tests. A FEM analysis is used for the structural design and stress analysis. Autoclaving process is used to fabricate the composite brake pedal. For the qualification tests, modular fixtures are developed and applied. It is shown that the composite brake pedal developed meets all the structural integrity requirements specified in the military specification for aircraft parts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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