Measurement of surface roughness is an important metrology procedure widely used in the industry during the final phases of the manufacturing process for quality control. This paper presents a measurement system that uses an optical microscope equipped with a vision sensor to measure the surface roughness of bearings. Shape from Focus / Defocus method is applied to measure the 3D surface coordinates of the object surface from which roughness calculations can be undertaken.

This paper describes the manufacturing process of tilting pad gas bearing with a diameter of 5 mm and a length of 0.5-1 mm for power MEMS (Micro Electomechanical Systems) applications. The bearing compacts with nanopowder feedstock were prepared by Ni-metal mold with 2-mold system using LIGA process. The effect of the manufacturing conditions on sintering properties of nanopowder gas bearing was investigated. In this work, Fe-45 wt%Ni nanopowder with an average diameter of 30-50 nm size was used as starting material. After mixing the nanopowder and the wax-based binders, the amount of powder was controlled to obtain the certain mixing ratio. The nanopowder bearing compacts were sintered with 1-2 hr holding time under hydrogen atmospheres and under temperatures of to . Finally, the critical batch of mixed powder system was found to be 70% particle fraction in total volume. The maximum density of the sintered bearing specimen was about 94% of theoretical density.

본 연구에서는 중요 통신장비의 지진발생시 파손 및 성능저하를 방지하기 위하여 구조물로 전달되는 가속도를 조절할 수 있는 CFPBS(Cone-type Friction Pendulum Bearing System:원추형 마찰진자베어링)를 개발하고 내진성능을 검증하였다. CFPBS는 기존의 FPS(Friction Pendulum System)와 다르게 원추형으로 제작되었으며 보다 큰 마찰력을 얻기 위하여 마찰면에 패턴을 음각하였다. CFPBS의 고유성능을 파악하기 위하여 4개의 CFPBS가 하나의 개체를 이루도록 제작된 지진격리장치를 이용하여 자유진동시험을 수행하였다. 운동방정식으로부터 유도된 CFPBS의 이론식과 Newmark-{\beta} Method를 이용하여 내진성능을 검증하기위한 MATLAB7.0 기반의 동적 수치해석프로그램을 제작하였으며 CFPBS의 제작 시 원하는 성능을 발휘할 수 있도록 간략화된 CFPBS의 설계식을 제안하였다. 수치해석을 통한 CFPBS의 내진성능평가를 위하여 건축구조설계기준(KBC-2005)의 최대지진규모에 해당하는 인공지진파를 생성하고 검증하였다. El Centro NS(1940)와 Kobe NS(1995), 인공지진파 등을 사용하여 CFPBS의 상부질량과 경사각을 매개변수로 하는 수치해석을 수행하였다. 수치해석의 결과를 토대로 CFPBS의 내진성능을 평가하였으며 수치해석의 결과와 설계식을 이용하여 동일한 조건에서 얻어진 결과를 비교분석하였다.

In neutron beam research, it is necessary for the shielding block and experimental equipment a dance floor in a nuclear reactor to travel in a fixed direction with little friction. However, precise travel is difficult to achieve due to factors such as vibration or gear backlash. We have imported air bearings from more developed nations to perform the role of moving instruments. In the beginning, an air bearing for use in three-dimensional measuring instruments similar to an air bearing was used; however, the performance was found to be insufficient. Accordingly, we collected data and conducted reverse engineering on this type of thrust pad. Through this process, it was confirmed that two issues were influencing the performance: the slant of the bottom of the air bearing and the bottom outside edge of the air bearing plate. The air bearing begins to move at 5 bar and moves smoothly without interruption at 7 bar. The result of this process was the development of a thrust pad which is superior in performance to the imported product and is being used in neutron beam research. We anticipate that this air bearing which has been developed will be used for experimental equipment which requires this type of precision in the future.

면진장치 중에서 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 마찰진자 베어링은 적절한 마찰력을 얻기 위해 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 마찰재가 이용되고 있다. 본 연구에서는 자력의 반발력을 이용해 재료의 성질을 대체하여 면진성능을 향상 시킬 수 있는 자력을 이용한 마찰진자 베어링을 제안하였다. 제안된 시스템은 자력에 의한 반발력이 수직력을 줄여줌으로써 재료에 의한 마찰계수의 영향을 줄일 수 있음을 가정하였다. 또한 자력의 영향을 가정하기 위해서 간단한 실험을 구성해 보았으며, 자력이 작용을 할 때 마찰계수(\mu)를 약 20%정도 줄여줄 수 있었다. 실험 결과를 적용한 수치해석을 통해 다양한 지진에 대해서 기존의 마찰진자 베어링보다 향상된 성능을 보여주었고, 특히 지진으로 인해 구조물의 파괴에 작용하는 주된 요소인 최상층의 가속도와 구조물의 상대변위를 비교함으로써 제안된 시스템이 면진장치로서의 기능을 가지고 있음을 확인하였다. 자력을 이용하여 기존의 PTFE 마찰재를 대체할 수 있는 자력을 이용한 마찰진자 베어링의 구조적 설계를 할 수 있다면 마찰진자 베어링의 문제점을 보완한 기초격리장치로서 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

P/M high speed steel (1.26% C, 4.42% Cr, 6.54% W, 4.92% Mo, 3.21 % V, 8.77% Co, bal. Fe) was applied to hot former die. It showed that the die life became 2.7 times higher than that of cast/wrought SKH 55 tool steel which is commercially used. The increase of die life was corresponding to the improved hardness and transverse rupture strength of PM high speed steel due to the finer grain and carbide as well as the uniform carbide distribution. The P/M high speed steel with the promoted die life could be an alternative to the conventional SKH55.

본 논문에서는 납삽입 적층 고무베어링의 비선형 모델링에 대해 신경망 이론을 적용한 수학적 모델링 기법을 제안하였다. 신경망 모델의 수치검증을 위해 납삽입 적층 고무베어링이 설치된 프레임 축소모델의 진동대 실험 자료가 사용되었는데, 제안된 신경망의 학습 및 예측을 위한 하중 자료로써 백색잡음과 세 종류의 지진파를 선택하였다. 지진파의 경우 PGA의 세기를 달리하여 신경망 모델의 계산정도를 고찰하였다. 그 결과, 납삽입 적층 고무베어링의 전단변위가 신경망의 학습 영역을 벗어나지 않는 경우 실험결과의 복잡한 이력곡선을 잘 추종하였고 신경망 이론에 의한 비선형 모델링 기법이 유용하게 활용될 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었다.

면진격리 고무베어링의 설계법을 수정하여 구조물의 성능점 예측을 위한 간편한 해석방법을 제안하였다. 이러한 적용이 가능한 것은 구조물이 지진력의 작용으로 인하여 손상을 입게 되면 구조물의 항복 후 강성은 연화되고, 이로 말미암아 구조물의 동적 특성이 장주기화 하기 때문이다. 제안된 해석법이 기존의 방법에 비하여 우월한 것은 능력스펙트럼법이 요구하는대로 보유능력곡선과 요구량스펙트럼을 가속도-변위 좌표계로 치환하지 않고서도 비교적 정확한 성능점을 예측할 수 있다는 것이다. 제안된 방법의 타당성은 문헌에서 보이는 정확한 값과의 비교에 의하여 입증하였다.

저널과의 마찰과 마멸을 줄이기 위하여 저널베어링이 사용된다. 저널베어링은 유체 윤활 상대에서 사용되나, 압력이 지나치게 높거나 회전 속도가 작아지면 탄성 유체 윤활 상태의 유막이 파괴되어 접촉부의 돌기가 접촉되는 경계 윤활 상태가 된다. 따라서 혼합 윤활 상태가 되면 저널베어링의 마멸량이 증가하게 된다 본 논문은 마멸율을 최소화함으로 저널베어링의 수명을 연장하는 최적설계를 수행하였다 목적 함수로 혼합 윤활 영역에서 적용되는 마멸을 함수를 사용하였고, 저널베어링 설계에서 고려할 성능 인자들인 마찰 손실, 안정 한계 속도, 유막 파라미터 등을 제약 함수로 사용하였다. 저널베어링 형상을 나타내는 베어링 반경, 축 반경, 베어링 폭 등에서 본 연구는 베어링 반경을 설계 변수로 하였다. 정식화한 설계인자를 이용하여 저널베어링의 최적 설계를 순차 이차 계획법인 PLBA알고리즘을 사용하여 수행하였다.

면진베어링으로 기존에 사용되고 있는 철판보강 면진베어링에서 철판을 섬유로 대체하여 섬유보강 면진베어링을 설계 및 제작하였다. 섬유면진보강베어링의 특성을 파악하기 위해서 철판보강 면진베어링과 섬유보강 면진베어링에 대해 수평실험과 압축실험을 수행하였다. 시험결과 섬유보강 면진베어링의 유효 감쇠는 천연고무 면진베어링에 비해서 높았다. 이 결과는 지진하중하에서 섬유보강 면진베어링은 에너지 분산능력이 뛰어나다는 것을 의미한다. 이 연구결과로 인해 섬유보강 면진베어링이 저가건물에 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 수평전단시험을 통하여 LRB(lead-rubber hearing)의 동적 특성을 분석하였다. 10ton 및 200ton 용량의 LRB를 이용하여 수평전단시험을 수행한 결과 LRB의 동적 특성은 수평하중의 재하속도, 연직하중의 크기 및 전단변형률 등에 따라 크게 달라지는 것으로 나타났다. 세장비가 큰 면진장치에 과도한 변형을 가할 경우 내부 납심에 소성한지가 발생되어 납심이 파괴되는 것으로 나타났다. 따라서 면진구조물의 설계 및 해석 시에는 지진응답과 재하하중의 크기에 따라서 달라지는 LRB의 기계적 특성치를 적용하여 안전한 설계가 이루어질 수 있도록 하여야 한다.

형상 최적설계에서 절점의 재배치 및 형상 민감도 계산은 많은 노력이 필요하다. 본 연구에서는 구조물의 형상을 Bezier 곡선을 이용하여 표현하고, 민감도 계산을 위하여 개선된 직접미분법을 이용한다. 그리고, 절점의 재배치에는 변위장을 수정한 속도장을 이용한다. 또한, 본 연구에서는 자중을 고려한 외팔보와 3차원 저널베어링을 수치예제로 선택하여 본 연구의 기법들을 적용한 형상 최적설계를 해석한다.

본 논문의 목적은 현재 국내에서 개발중인 KALIMER(Korea Advanced Liquid Metal Reactor) 액체금속로의 면진설계지침서에 포함될 고감쇠 적층고무베어링에 대한 전단 강성 평가법 히스테레틱 거동해석법 그리고 대변형에서의 종국거동 해석법을확립하고자하는데 있다 이를 위하여 1/8축소규모의 고감쇠 적층고무베어링을 설계제작하고 특성실험을 수행하여 제안된 전단강성식의 타당성을 검토하였다 그리고 비선형 수정 Rate 모델을 사용한 적층고무베어링의 히스테레틱 거동해석을 수행하기 위하여 히스테레틱실험결과로부터 성능특성식을 구하고 이를 1자유도계를 이용한 지진해석에 적용하여 실험결과와 비교함으로서 제안된 모델의 정확성을 입증하였다 본 논문에서 사용한 고감쇠 적층고무베어링에 대한 대변형에서의 안정성을 평가하기 위하여 수정 Macro 모델을 이용한 종국거동해석을 수행하였다 종국거동 해석결과로부터 안정성평가를 위하여 안정전단변형한계(Critcal shear strain)를 정의하였으며 해석결과 수직하중이 증가함에 따라서 안정전단변형한계가 급격히 감소함을 알수 있었다 본논문에 사용된 고감쇠 적층고무베어링은 설계수직하중에 대해서는 종국거동에서이 존재하지 않았으나 설계수직하중의 약 5배가 작용할 경우가 350% 전단변형률부터 불안정 천이현상이 발생하였으며 약 7배가 작용할 경우에 안정전단변형한계는 340%로 나타났다.