본 논문에서는 CAD 시스템에서 사용하는 NURBS 기저함수를 사용하는 아이소-지오메트릭 해석(Isogeometric analysis) 방법과 기 하학적으로 엄밀한 빔 모델링(geometrically exact beam model)을 활용하여 회전과 병진 운동이 결합된 새로운 형태의 메타물질 (metamaterial)에 대한 해석을 진행하였다. 이차원 셀 구조는 자유형상변환(Free-form deformation) 법과 적절한 내삽법(Interpolation) 을 통해 원통 위에 입혀졌다. 원통의 치수와 셀 개수가 비틀림 각도에 미치는 영향이 매개변수 연구(parametric study)를 통해 확인되었 다. 비틀림과 병진 운동이 결합된 구조의 메커니즘에 대해 수치 예제를 통해 알아보았다.

본 논문에서는 정전기 흡착패드를 구성하는 곡면형 전극의 기하학적 엄밀성을 고려하기 위해 정전기 문제에 대하여 CAD에서 사 용하는 NURBS 기저함수를 직접 사용하는 아이소-지오메트릭 해석 기법을 도입하였다. 정전기 흡착력을 곡선 접촉면에서 구하는데 법선 벡터의 영향이 크므로 엄밀한 기하형상을 고려하는 아이소-지오메트릭 해석이 강점을 갖는다. 수치 예제를 통해 곡면과 평면에서 반복 구조의 유무에 따른 파라메터 연구를 수행하여 곡면형 전극의 흡착력이 좋은 성능을 가짐을 보였다. 정전기 흡착력의 성분을 분석하였을 때 정전기 흡착력의 차이는 법선 성분 전기장의 증가로 인한 것으로 파악되었다. 결론적으로 곡면형 전극에서도 전극 사이 거리가 가까워지는 아래로 볼록인 경우가 가장 성능이 좋고, 위로 볼록인 경우에는 성능이 가장 낮음을 보였다.

밴드갭은 기계적 파동의 전파가 금지되는 특정 주파수 범위를 의미한다. 본 연구는 경사도 기반의 설계 최적화 방법을 사용하여 낮은 가청 주파수 범위에서 밴드갭을 갖는 3차원 켈빈 격자를 설계하는 것을 목적으로 하고 있다. 블로흐 이론을 이용하여 무한주기 격자에서의 탄성파 전파를 해석하고, 기하학적으로 엄밀한 빔 이론에서 선형화를 통해 얻은 전단 변형 가능한 빔 모델을 사용하여 격자 구조 연결선을 모델링하였다. 주어진 격자 구성에서 중립 축 및 단면 두께를 B-spline 함수를 이용한 아이소-지오메트릭 매개화를 통해 설계 변수로 정의하고, 격자 구조의 밴드갭의 크기를 극대화하는 최적 설계를 수행하였다.

Since the directly bonded interface between TiAl alloy and SCM440 includes lots of cracks and generated intermetallic compounds(IMCs) such as TiC, FeTi, and Fe2Ti, the interfacial strength can be significantly reduced. Therefore, in this study, Cu is selected as an insert metal to improve the lower tensile strength of the joint between TiAl alloy and SCM440 during friction welding. As a result, newly formed IMCs, such as Cu2TiAl, CuTiAl, and TiCu2, are found at the interface between TiAl alloy and Cu layer and the thickness of IMCs layers is found to vary with friction time. In addition, to determine the relationship between the thickness of the IMCs and the strength of the welded interfaces, a tensile test was performed using sub-size specimens obtained from the center to the peripheral region of the friction-welded interface. The results are discussed in terms of changes in the IMCs and the underlying deformation mechanism. Finally, it is found that the friction welding process needs to be idealized because IMCs generated between TiAl alloy and Cu act to not only increase the bonding strength but also form an easy path of fracture propagation.

본 논문에서는 변형에 의해 유발된 패턴변화(pattern transformation)에 기반하여 압축(compression)과 인장(tension) 하중 모두에서 음의 포아송 비(negative poisson’s ratio)를 나타내는 다공성(porous) 구조를 제안한다. 기존에 개발된 원형 구멍을 이용한 구조는 연결선(ligament)의 회전 모멘트 부족으로 인해 인장 시 양의 포아송 비를 나타내는 한계점이 있었으며, 타원 형 구멍을 이용한 구조는 응력집중 현상으로 인하여 내구성(durability)이 약한 문제점이 있었다. 이에 본 연구에서는 휘어진 연결선의 배열을 통하여 인장하중 하에서의 회전 모멘트를 증가시키는 동시에 응력집중 현상을 완화하고 변형에너지(strain energy)를 구조물 전반에서 고르게 흡수하도록 설계하였다. 이를 통해 10%의 공칭 변형률(nominal strain) 범위 내의 압축 과 인장 모두에서 음의 포아송 비를 가지며, 기존 모델에 비하여 강성(stiffness)과 내구성이 개선된 구조를 개발하였다. 비선 형 유한요소해석을 통하여 기존 타원형 구멍 모델과의 비교를 수행하였으며 제안된 모델이 구조의 강성과 내구성 측면에서 현저히 개선됨을 확인하였다.

The evolution of sinterability, microstructure and mechanical properties for the spark plasma sintered(SPS) Ti from commercial pure titanium(CP-Ti) was studied. The densification of titanium with 200 mesh and 400 mesh pass powder was achieved by SPS at under 10 MPa pressure and the flowing +Ar mixed gas atmosphere. The microstructure of Ti sintered up to consisted of equiaxed grains. In contrast, the growth of large elongated grains was shown in sintered bodies at with the 400 mesh pass powder and the lamella grains microstructure had been developed by increasing sintering temperature. The Vickers hardness of 240~270 HV and biaxial strength of 320~340 MPa were found for the specimen prepared at .

본 논문에서는 Ti-48.5at%Al-0.96at%Mo 조성을 갖는 γ-TiAl 합금은 항온 단조 및 후속 조직제어 열처리 시 발달하는 집합조직의 변화에 관해 연구하였다. 특히, 동적 재결정 후 조직제어 열처리 온도와 시간의 증가에 따라 발생하는 lamellar volume fraction 과 집합조직 변화에 주목하여 관찰하였다. 동적 재결정 후 집합조직은 ND⊥(302) 선분과, TD⊥(100) 및 이에 비해 상대적으로 다소 약한(111) 성분들이 발달하였으며, 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 lameller volume fraction 은 증가했고 동일한 성분의 집합조직도 점차 강하게 발달함을 알 수 있었다. 하지만 상온인장시험 결과는 lameller volume fraction이 증가할수록 낮은 상온 연신을 보였는데, 이는 준 층상조직을 갖는 γ-TiAl합금의 상온인장특성이 집합조직의 영향보다는 lameller volume fractio과 같은 미세조직 특성에 더욱 강하게 영향을 받기 때문인 것으로 판단된다.

Ll2기지에 20 vol.% Cr2Al이 석출된 Al-21Ti-23Cr 2상합금은 1150˚C에서는 2상영역에 위치하지만 1000˚C에서는 3상영역에 위치한다. 이러한 점에 착안하여 본 연구에서는 Al-21Ti-23Cr 2상합금의 시효처리시 800˚C 및 1000˚C이하에서 시효처리하여 Ll2기지에 제3상을 미세하게 석출시켜, 기계적성질을 개선하고자 하였다. Al-21Ti-23Cr 2상합금의 시효처리시 800˚C 및 1000˚C에서는 Ll2기지부분에 수 μm 크기의 제3상이 다량 석출되지만 600˚C이하에서는 제3상이 석출이 관찰되지 않았으며, 제3상의 석출형태는 1000˚C보다 800˚C에서 시효처리할 경우 더욱 미세하게 분포하는 것으로 확인되었다. 시효온도 상승에 따른 Al-21Ti-23Cr 2상합금의 항복강도는 800˚C에서 급격히 증가 후 다시 급격히 감소하는경향을 나타냈으며, 이러한 항복강도의 급격한 증가는 Ll2기지 부분에 수 μm 크기의 미세한 제3상이 다량 석출되기 때문에 나타나는 현상으로 판단된다. Al-21Ti-23Cr 2상합금의 시효처리시 Ll2기지에 석출되는 제3상은 TiAlCr으로 확인되엇으며, 이러한 TiAlCr 석출상의 이용은 Ll2기지의 균열전파에 대한 저항성를 향상시켜 합금의 기계적성질의 개선에 매우 효과적일 것으로 판단된다.

LI2형 결정구조를 갖는 Ni-20at.%AI-10at%Fe 금속간화합물에 boron, zirconium 과 hafnium을 최고 0.5at.% 까지 첨가하여 항복강도, 연성, 파괴 등 기계적 성질의 변화를 인장시험과 X선분석 및 XPS분석 등을 통하여 관찰하였다. Ni-20at.% AI-10at.% Fe금속간화합물에 boron을 첨가하였을 때는 연신율의 현저한 증가가 나타났으나 zirconium이나 hafnium첨가의 경우에는 별다른 효과가 나타나지 않았다. Ni-20at.%AI-10at%Fe 금속간화합물의 경우, boron의 양이 증가할수록 인장연신율이 증가하였으며 0.1at.%의 boron을 첨가한 경우 최고 48.5%의 상온인장연신율을 나타내었다. 첨가물을 넣지 않은 경우와 zirconium과 hafnium을 첨가한 경우, 파괴모드는 입계파괴의 형태를 나타내었으나 boron을 첨가한 경우에는 파괴모드가 입계파괴에서 입내파괴로 변화되었다. XPS분석을 통하여 boron이 입계에 편석된 것을 관찰할 수 있었으며 이는 이미 제시된 여러가지 해석들과 일치하는 결과이다. 이로부터 boron의 첨가에 따른 인장연신율의 증가는 boron의 입계편석거동과 관련이 있음을 알 수 있다.

Ti-48AI(at.%) 모재위에 RF magnetron sputtering을 이용하여 AI-21Ti-23Cr(at.%) 조성의 박막을 코팅하였다. RF power 200W, 증착압력 0.8Pa, 증착온도 573k에서 증착된 시편의 가장 우수한 고온재산화성을 나타내었다. 573K에서 증착된 AI-21Ti-23Cr 코팅층은 증착시에는 비정질을 형성하나 산화시험동안 결정화가 진행되며, 표면에는 치밀한 Al2O3층이 형성되었다. 573K에서 코팅된 시편에 대하여 1073K, 1173K 및 1273K에서 100시간동안 등온산화시험을 실시하였다. 무게증량곡선은 모든 온도에서 parabolic law를 따르는 안정된 산화거동을 보였으며 이와같은 산화특성은 표면에 치밀한 Al2O3층이 형성되었기 때문인 것으로 판단된다. 1273K에서 산화시험 후 코팅층의 기지는 고온산화에 따른 AI원자의 소모와 모재로부터의 Ti원자의 확산에 의해 TiAICr상을 형성하였으며, 무게증량은 낮은 온도에 비해 다소 크게 증가하는 경향을 나타내었다.