반치환 무릎 인공관절에서의 재료조합에 따른 접촉압력 분석

노태헌,전흥재 한국전산구조공학회 2018 한국전산구조공학회논문집 Vol.31 No.1

In knee implants, contact pressure has a significant effect on wear. In this study, finite element analysis is performed using the knee implant model developed in the previous research. The contact pressures for a total of 10 knee implant materials combinations were analyzed using the combinations actually used in research and industry. In order to calculate the contact pressure, The load was applied when the flection angle of knee was 30°, 45° and 60°. The result of contact pressure revealed the smallest contact pressure in the titanium alloy-UHMWPE combination. In the case of UHMWPE, contact pressure did not change much with any material used in the femur. Compared the combination with the largest contact pressure and the smallest contact pressure, the difference was 0.77%. On the other hand, Carbon / PEEK composites showed 5.3% difference when the contact pressure was the largest and the smallest. It can be seen that when the Carbon / PEEK composite material is used as the bearing part, the material of the femoral part affects the wear. This study will contribute to the prediction of knee implant wear and minimization of wear. 무릎 임플란트에서 접촉압력이 마모에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 본 연구기관에서 개발한 무릎 임플란트 모델을 이용하여 유한요소해석을 하였다. 연구와 산업에서 실제로 사용하는 조합을 이용하여 총 10가지의 무릎 임플란트의 재료조합에 대한 접촉압력을 분석하였다. 무릎이 30도, 45도 60도 기울어져있을 때의 하중을 가하여 접촉압력을 구하였다. 접촉압력을 계산한 결과 티타늄합금-UHMWPE 조합에서 가장 작은 접촉압력이 나왔다. UHMWPE의 경우 대퇴골부에 어떠한 재료를 사용하여도 접촉압력이 크게 변하지 않았다. 접촉압력이 가장 큰 조합과 작은 조합을 비교하였을 때 0.77% 차이를 보였다. 반면에 Carbon/PEEK 복합재료의 경우 접촉압력이 가장 큰 경우와 작은 경우를 비교하였을 때 5.3% 차이를 보였다. 이를 통해 Carbon/PEEK 복합재료를 베어링부로 사용할 경우 대퇴골부의 재료가 마모에 영향을 미침을 알 수 있다. 본 연구는 무릎 임플란트 마모예측과 마모를 최소화 연구에 도움이 될 것이라 생각한다.

접촉 압력 불균일성을 고려한 곡면 형상을 가지는 다층 구조 전자부품의 공정 장비 형상 파라미터 분석

나정석(Jung Suk Nah),이종수(Jongsoo Lee) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集A Vol.43 No.3

최근 반도체, 디스플레이 등 많은 전자 부품들은 다층으로 이루어져 있기 때문에 제작 중 수많은 접착 공정이 진행된다. 본 연구에서는 고무 패드의 압축 거동을 활용한 접착 공정에 대한 해석 및 파라미터분석을 수행하였다. 특히, 최근 커브드 디스플레이의 곡면부와 고무패드 형상의 불일치로 인해 불균일한 접촉 압력이 발생할 수 있는 상황에 대해 가정하여 해석을 진행하였다. 접촉 압력 불균일성에 영향을 줄 수 있는 인자를 선정하고, 실험계획법 중 하나인 직교 배열표를 이용하여 실험점을 배치하였다. 또한 유한요소프로그램인 ABAQUS를 통해 접촉 압력 불균일성 값을 확보하였고, 예측모델 식으로 얻은 접촉 압력불균일성 값과 유한요소해석의 접촉 압력 불균일성이 가장 작은 값으로 일치하는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해서 불균일한 형상의 접착 공정에서 형상 파라미터 변화를 통해 접촉 압력 불균일성이 개선되는 것을 확인하였다. Recently, electronic components such as semiconductors and displays are made up of multiple layers; hence, many bonding processes occur during manufacturing. In this study, the simulation and parameter analysis of the compression process using the compressive behavior of rubber pads were performed. In particular, it was assumed that nonuniform contact pressure may occur due to mismatch between the curved part of the curved display and the shape of the rubber pad. The factors affecting contact pressure nonuniformity were selected, and the test points were arranged using the orthogonal array, which is one of the experimental design methods. The contact pressure nonuniformity value was obtained by the finite element method (FEM) program ABAQUS. The contact pressure nonuniformity value obtained from the predictive model and FEM correspond to the smallest values. This study confirms that contact pressure nonuniformity caused by the bonding process, which is a problem of curved displays, is improved by changing the shape of the rubber pad.

휠체어 시트쿠션의 접촉압력 특성 비교연구

강영식,양성환,조문선 대구대학교 특수교육재활과학연구소 2010 특수교육재활과학연구 Vol.49 No.1

Selecting the appropriate wheelchair seat cushion for relieving and preventing the risk of pressure ulcers is greatly important to the wheelchair users. Appropriate seat cushion should be made to distribute the contact pressure evenly and reduce the peak pressure and the high contact pressure area. This study offered comparative information on the contact pressure distribution of different wheelchair seat cushions. For this objective, contact pressure distribution of four cushion models were investigated first and the effect of the quantity of air in the cushion was studied also. At last, the influence of body mass index on the pressure distribution was investigated. Each of 17 healthy persons was seated on the four models of cushions analyzed(no cushion, low-profile air, high-profile air, gel-air), which was presented in randomized order. The pressure distribution and contact area of the user-cushion interface were obtained with a pressure measurement system. Investigation shows that the wheelchair seat cushions is effective to distribute the contact pressure evenly and reduce the peak pressure and high-pressure contact area. The gel-air cushion yielded lower readings for all pressure parameters analyzed than the other three cushion models(p>0.05 with high-profile air, p<0.05 with other cushion models). And also, the quantity of air in the cushion has a great effect on the characteristics of contact pressure distribution and the effectiveness of seat cushion was reduced to the obesity group users. 휠체어를 사용하는 사용자들은 장시간 고정된 자세로 앉아서 생활하는 경우가 많다. 따라서, 둔부에 집중되는 압력을 분산시켜줄 수 있는 적절한 시트쿠션의 사용은 욕창 예방을 위해서 매우 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 시트쿠션의 접촉 압력 특성을 비교, 분석함으로써, 시트쿠션을 평가, 분석하기 위한 기본 자료를 제공하고, 이를통해 시트쿠션의 선택 및 설계에 유용한 정보를 제공하고자 하였다. 이를 위해 3가지 모형의 시트쿠션(무쿠션, 낮은 셀 타입 공기쿠션, 높은 셀 타입 공기쿠션, 젤-공기쿠션)을 대상으로 접촉압력을 측정, 비교, 분석하였으며, 공기 주입형 쿠션의 공기주입량에 따른 특성 비교 및 체질량 지수에 의해 분류한 사용자 그룹간의 상호 비교, 분석을 실시하였다. 연구 결과 시트의 사용은 둔부에 걸리는 최고 압력을 낮추고, 압력을 분산하며, 높은 압력이 걸리는 면적을 줄여주는 효과가 있는 것으로 나타났으며, 젤-공기주입 형태의 쿠션과 높은 셀 타입의 공기주입 쿠션의 특성이 상대적으로 좋은 것으로 평가되었다. 또한, 공기주입 쿠션의 경우 적절한 사용압력을 유지해 주는 것이 시트의 접촉압력 특성 결정에 매우 큰 영향을 주는 것으로 평가되었으며, 비만한 그룹의 사용자는 타 그룹 사용자에 비해 시트쿠션의 사용효과가 다소 떨어지는 것으로 나타났다.

밸브 누설방지를 위한 메탈시트 접촉면의 접촉압력 해석

강효림,박형준,한승호 대한기계학회 2024 大韓機械學會論文集A Vol.48 No.7

극저온 환경에서 작동하는 볼 밸브는 -253 ~ -73°C에서 유체를 조절하고 저장하는 장비에 사용된다. 이러한 환경에서 메탈시트 접촉면의 표면 거칠기에 따라 기밀을 위하여 요구되는 접촉압력이 저하하고 누설이 발생할 우려가 있다. 따라서 표면 거칠기를 고려하여 정확한 접촉압력 평가를 기반으로 한 누설방지 설계가 요구된다. 본 연구에서는 트러니언 방식의 볼 밸브를 대상으로 표면 거칠기를 고려하여 볼과 시트 사이의 접촉압력 분포를 이론적으로 계산하였고, 이를 수치해석 기법으로 얻어진 결과와 비교하였다. 접촉부의 지배방정식이 도출되었으며, 접촉 면의 표면 거칠기를 통계적으로 모델링하기 위해 확률밀도함수와 자기상관함수를 사용하였다. 상기 과정을 통해 얻어진 압력분포 결과는 PYTHON 스크립트 언어를 이용한 반복연산으로 얻어진 값과 비교하여 수치해석의 특이해를 제외하고 약 15% 이내로 일치함을 확인하였다. A cryogenic ball valve is used to control and store working fluids in the temperature range from -253 to -73°C. In such conditions, contact pressure is reduced, leading to leakage owing to change of the surface roughness on the metal seat. Therefore, the assessment of contact pressure occurred on the metal seat should be carried out to ensure valve seat tightness. In the present study, the distribution of contact pressure between ball and metal seat of a trunnion-mounted ball valve was calculated theoretically and numerically, considering the surface roughness. The surface roughness was evaluated statistically from probability density and auto-correlation functions, and the governing equations in the contact region were derived. Then, the contact pressure was assessed theoretically by an iterative calculation via PYTHON script language. The obtained contact pressure was compared with that estimated by numerical analysis. Both of contact pressures agreed well within an error range of 15% except singular solutions from the numerical analysis.

차륜/레일의 구름접촉을 위한 유한요소모델 및 접촉피로 수명평가

서정원,전현규,배영훈,여인호 한국도시철도학회 2022 한국도시철도학회논문집 Vol.10 No.1

Fatigue damage on the rail surface is caused by repeated rolling contact between the wheel and the rail. Such damage to the rail surface affects ride comfort, noise and driving safety. If proper maintenance is not performed, the rail may break and cause a major accident. It is important to evaluate and predict fatigue damage caused by rolling contact for safety and maintenance of rail. In this paper, a procedure and a finite element model were developed to evaluate the rolling contact fatigue damage of rail. A submodel technique was used to accurately evaluate the repeated rolling contact and the elasto-plastic behavior of the material. Since the surface of the rail undergoes plastic deformation in rolling contact with the wheel, the shape of the contact surface changes, so the contact pressure was obtained through elasto-plastic analysis. From the rolling contact fatigue life evaluation, it was found that cracks occurred at a depth of 2.4 mm from the rail surface, parallel to the surface and almost perpendicular to the rolling direction. 레일 표면의 피로손상은 차륜과 레일의 반복적인 구름접촉에 의해서 발생한다. 이러한 손상은 승차감, 소음 및 주행안전성 등에 영향을 미친다. 만일 적합한 유지보수가 수행되지 않으면 레일의 파단이 발생하여 대형사고를 일으킨다. 레일의 안전성 확보와 유지보수를 위해서는 구름접촉에 의해서 발생하는 피로손상을 평가하고 예측하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 레일의 구름접촉피로손상을 평가하기 위한 절차 및 유한요소모델을 개발하였다. 반복적인 구름접촉과 재료의 탄소성 거동을 정확하게 평가하기 위하여 서브모델 기법을 사용하였다. 레일의 표면은 차륜과의 구름접촉으로소성변형이 발생하고, 레일의 접촉면 형상이 변화하므로 탄소성 해석을 통하여 접촉압력을 구하였다. 접촉피로수명평가로부터, 균열은 레일 표면에서 2.4mm 떨어진 깊이에서 표면과 수평이고, 구름방향의 거의 직각인 방향로 발생함을 알 수 있었다.

프레팅 접촉에서 패드의 형상과 기계적 성질변화에 따른 접촉부의 영향

노홍래(Hong-Rae Roh),장성군(Song-Koon Jang),조상봉(Sang-Bong Cho) Korean Society for Precision Engineering 2005 한국정밀공학회지 Vol.22 No.11

전도성 다공성 구조 압력감지소자

소혜미(Hye-Mi So),박철민(Cheolmin Park),장원석(Won Seok Chang) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.7

일반적으로 표면적/부피비가 큰 전도성 다공체는 수퍼캐패시터의 전극이나 흡수제, 유연히터 등의 다양한 분야에 적용되어 왔다. 본 논문에서는 이러한 전도성 다공성 구조의 역학적·전기적 특성을 이용하여 고감도 압력센서를 구현하였다. 탄소나노튜브 용액에 스펀지를 적셔 다공체에 전도성을 부여하였으며, 압력에 따른 전도성 다공체의 저항 변화를 측정하였다. 전도성 스펀지에 압력이 가해졌을 때, 각각의 탄소나노튜브들은 서로 맞붙게 되어 저항이 최대 20%까지 줄어듦을 확인하였다. 부드럽고 탄성력이 뛰어난 탄소나노튜브 스폰지는 반복적인 압축실험에도 모양의 변형 없이 매우 빠르게 안정화되고 일정한 저항변화를 확인할 수 있었다. 또한 스펀지 압력소자를 유연소자에 적용하기 위하여 탄소나노튜브 트랜지스터와 연결하여 외부압력에 따른 전기적 특성변화를 측정하였다. Porous conductors are known to demonstrate excellent electrical, mechanical, and chemical resistance. These porous conductors demonstrated potential applications in various fields such as electrodes for supercapacitors, flexible heaters, catalytic electrodes, and sorbents. In this study, we described a pressure sensitive device using conductive and porous sponges. With an extremely simple “dipping and drying” process using a single-walled carbon nanotube (SWCNT) solution, we produced conductive sponges with sheet resistance of < 30 kΩ/sq. These carbon nanotube sponges can be deformed into any shape elastically and repeatedly compressed to large strains without collapse. The pressure sensors developed from these sponges demonstrated high resistance change under pressure of up to a half of their initial resistance.

균일 화상 품질 구현을 위한 닥터 블레이드 근사모델링

박승찬(Seung Chan Park),이종수(Jong Soo Lee) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.5-2

닥터 블레이드는 토너 카트리지에 장착되어 현상롤러에 일정한 압력을 가하면서 현상롤러에 묻는 토너가 균일한 두께의 층을 형성할 수 있도록 하는 부품이다. 현상롤러와 닥터 블레이드 간의 접촉압력은 화상 품질 분만 아니라 토너 카트리지의 내구성을 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 닥터 블레이드의 설계 인자의 변화에 따른 두 부품간의 접촉 해석을 수행하고 조건별 심험 결과값을 통해 닥터 블레이드의 최적설계를 위한 근서모델링을 도출하였다. 중심합성계획법을 이용하여 실험점을 추출하고 FEM 툴인 NASTRAN을 이용하여 접촉 해석을 하였으며 각 조건별 샘플 제작 및 실험ㅇ르 통해 화상 농도와 단위 면적당 토너 무게를 측정한 결과를 바탕으로 반응표면법을 통해 근사모델을 도출하였다. The doctor blade is equipped in a toner cartridge and is a device to maintain the uniform thickness of a toner by controlling the pressure on the developing roller. The contact pressure between developing roller and doctor blade is one of significant factors in terms of image quality and durability of toner cartridge. The Present study explores the contact analysis according to change in design variables of doctor blade. The contact analysis is conducted using NASTRAN, and a number of design data is produced to construct the approximate meta-models in the context of design of experiments (or design analysis for computer experiments) based response surface method.

계면장력 소멸방법을 이용한 CO2-용해가스오일 혼화상태 결정

이병훈,배위섭,민병언 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.5

Miscibility condition is an important parameter for CO2-EOR process. In order to optimize the CO2 injection process, miscibility should be tested in advance. VIT method is the one of the main methods for evaluating miscibility condition. It is cost effective, accurate and requires smaller amount of crude oil sample and time saving experiment. Many experiments have been implemented using dead oil and we determined miscibility condition using VIT method with CO2-live oil at reservoir condition. MMP and FCMP were estimated according to the methane solubility and various temperature changes. Pb was measured to verify the reliability of the synthetic live oil. Pb is compared to the data from authorized organization (LEMIGAS) and validated reliability of synthetic live oil. VIT experiment results show that the amount of solution gas increases both MMP and FCMP. When the temperature increases, MMP and FCMP increased rapidly for both dead oil and live oil experiment. CO2-EOR공법에서 혼화압력측정은 중요한 과정 중 하나로 CO2 주입의 최적설계를 위해서는 혼화압력인 MMP(최소혼화압력)와 FCMP(초기접촉혼화압력) 측정이 필수적이다. 계면장력소멸방법은 혼화압력을 측정하는 방법 중 하나로 적은 양의 오일을 이용하면서 비용효율적이고, 정확한 방법이다. 혼화압력측정 연구는 대부분 무용해 가스오일(Dead oil)을 이용하는 방식으로 이루어져 왔으나 본 연구에서는 저류층 조건을 정확히 모사하기 위해 용해 가스를 오일과 혼합하여 용해가스오일(Live oil)로 제조하여 진행하였으며, 용해가스의 양과 온도에 따른 MMP와 FCMP 값을 측정하였다. 용해가스오일은 CCE(동성분리팽창)실험을 통해 기포점 압력을 측정하여, 공인된 기관인 LEMIGAS의 검증된 자료와 비교함으로써 제조된 오일의 유사성을 확인하였다. 계면장력소멸실험에서는 메탄가스의 용해도가 증가함에 따라 MMP, FCMP 값이 증가하였으며, 온도가 증가하면 무용해가스오일 및 용해가스오일/CO2, 두 시스템 모두 MMP, FCMP 값이 큰 폭으로 증가함을 확인하였다.

발레 전공자의 보행에 관한 연구

손소영(So Young Son),박시복(Si Bok Park),최성이(Sung Yi Chi) 한국무용과학회 2003 한국무용과학회지 Vol.7 No.-

본 연구의 목적은 발레 전공자와 일반인의 보행을 비교함으로써 발레 전공자의 보행의 특성을 알아내는 것이다. 피험자는 발레 전공 집단 11명과 일반인 집단 22명이었다. EMED-SF Measurement system올 이용하여 발의 5가지 영역의 접촉시간, 접촉면적, 최대 힘, 최대 압력을 측정하였으며 엄지발가락 외반각, 발의 종아치 지수, 외전각도 측정하였다. 그리고 각 변인들에 대한 집단간의 차이를 알아보기 위하여 윈도우용 SPSS Ver. 11 통계 프로그램을 사용하여 t-test를 실시하였다. 연구 결과, 엄지발가락 외반각, 영역별 접촉시간, 영역별 최대 압력은 두 집단간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 그러나 발의 종아치 지수는 유의한 차이가 있었으며 발레 전공 집단이 작게 나타났고, 발의 외전각은 발레 전공 집단이 컸으며 유의한 차이가 있었다. 발이 지면에 접촉한 총 시간은 발레 전공 집단이 짧았으며 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 한편 M2 영역의 접촉 면적에서 발레 전공 집단의 면적이 작게 나타났고, M5는 크게 나타났으며 두 영역 모두 유의한 차이가 있었다. 영역별 최대 힘은 M2에서 발레 전공 집단의 힘이 작게 나타났으며 유의한 차이가 있었다. 결론적으로 발레 전공 집단은 일반인 집단에 비해 발의 종아치가 높고 발의 외전각이 크며 보행 속도가 빠름을 알 수 있었다, 그리고 발레 전공 집단은 M5 영역을 일반인 집단에 비해 강하게 많이 사용하며, M2, M4 영역은 상대적으로 일반인 집단보다 약하고 적게 사용함을 알 수 있었다. The purpose of this study is to find out the gait characteristics of ballet dancers by comparing the gait of ballet dancers group with the gait of comparative group. To analyze the gait of ballet dancers, ballet dancers group(11 subjects) and comparative group(22 subjects) were evaluated by EMED-SF Measurement System. Foot area was divided into 5 areas. Contact time, contact area, maximum force and maximum pressure of 5 areas were measured. And hallux valgus angle, arch index and foot angle were measured, too. Difference of each variable's value between groups was founded by t-test, SPSS Ver. 11 statistic program. The results of this study were as follows: 1. There was no significant difference in hallux valgus angle, contact time, and maximum pressure between ballet dancers group and comparative group. 2. There was significant difference in arch index between ballet dancers group and comparative group. And ballet dancers group showed lower value than comparative group. 3. There was significant difference in foot angle between ballet dancers group and comparative group. And ballet dancers group showed higher value than comparative group. 4. There was significant difference in real contact time between ballet dancers group and comparative group. And ballet dancers group showed lower value than comparative group. 5. There was significant difference in M2, M5 contact area between ballet dancers group and comparative group. And ballet dancers group showed lower value than comparative group in M2. But ballet dancers group showed higher value than comparative group in M5. 6. There was significant difference in M2 maximum force between ballet dancers group and comparative group. And ballet dancers group showed lower value than comparative group.