본 논문은 초탄성 형상기억합금의 복원성능에 의해 지속적으로 사용이 가능하고 마찰볼트 적용으로 에너지 소산 능력이 우수한 에너지 소산형 댐퍼를 제안하고 성능의 우수성을 입증하기 위해 구조용 탄소강이 적용된 댐퍼와 함께 해석을 통한 결과 비교 분석을 진행하였다. 해석결과에 대해 최대하중, 잔류변위, 에너지 소산등의 분석을 진행하여 초탄성 형상기억합금이 적용된 댐퍼의 우수성을 입증하였 으며, 해석 결과로 초탄성 형상기억합금이 적용됨에 따라 하중 성능과 잔류변위의 회복성능이 상당히 개선됨을 확인하였다. 최대하중의 경우 SSF댐퍼가 382.60kN으로 가장 우수하였으며 잔류변위의 경우 마찰볼트가 적용되지 않은 SS10, SS15가 0mm로 가장 우수한 회복거동을 보였다. 에너지소산의 경우 마찰볼트와 재료의 항복에 의한 연성효과가 우수한 CSF15가 가장 우수한 성능에 대한 거동 특성을 파악한다.

건축물은 사용자의 부주의, 전기적, 기계적 요인 등에 의해 화재가 발생할 수 있고, 화재 발생 시 각 재료의 특성에 따라 강성 및 강도가 감소하여 구조 성능이 저하될 수 있다. 이러한 상황에서 적절 한 성능 복구가 되지 않으면 후에 지진 등의 큰 하중이 가해질 때 건축물 붕괴 등 치명적인 피해가 발생할 수 있다. 현재 내화성능을 높이는 방법으로 내화피복을 사용하는 등 수동적인 방법에 머물러 있으며, 꾸준한 유지관리 등이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 변형 후 열을 가하면 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 형상기억합금을 사용하여 콘크리트 보를 보강하고, 화재 시, 화재 후에 프리스 트레스트 콘크리트와 유사한 방식으로 콘크리트에 압축응력을 발생시켜 구조 성능을 향상시킬 수 있 는지 ANSYS 구조해석 프로그램을 통해 그 효과를 확인해보고자 한다.

본 연구에서는 용접 여부에 따른 세 가지 유형의 철계-형상기억합금(Fe-Shape Memory Alloys, Fe-SMA)의 고주기 피로 거동에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 사용된 Fe-SMA은 스위스 EMPA에서 개발된 Fe-SMA으로, Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-1(V,C)의 화학적 조성을 가진다. 용접 여부 및 열처리 여부를 변수로 한 비용접, 용접, 열처리된 용접 시편이 ASTM E606/E606M 표 준에 따라 제작되었다. Fe-SMA의 재료적 특성을 평가하기 위해 직접 인장 실험 및 회복 실험이 수 행되었으며, 용접된 Fe-SMA의 피로 거동 평가를 위해 응력 진폭에 따른 피로 시험이 수행되었다. 피 로 시험은 최대 응력 수준을 Fe-SMA 극한 인장강도의 약 70%인 700MPa에서부터 100MPa씩 감소 시키며, 200MPa의 응력 범위까지 수행되었으며, 응력비(R)는 0으로 설정되었다. 피로 한계는 ASTM E1823-13에 따라 하중 반복 횟수 200만 회를 기준으로 하여 각 시편의 피로 한계를 확인하였다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 소성변형이 일어나도 냉각 및 가열을 통해 기존 형상 으로 돌아갈 수 있는 형상기억효과(Shape Memory Effect, SME)를 가진 재료이다. 이를 통해 사전에 인장 변형된 SMA를 구속 후 가열하면 SME에 의해 원래 형태로 돌아가려 하지만, 변형이 구속되어 회복 응력이라 하는 압축 응력이 발생한다. 따라서 사전 변형된 SMA를 구조물에 적용하게 되면 셀프 -프리스트레싱을 도입할 수 있다. 그중 철을 기반으로 제작된 Fe-SMA는 다른 SMA에 비해 높은 경 제성을 가져 건설 재료로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 Fe-SMA를 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조물에 적용한 많은 연구가 진행되었으며, 구조성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 Fe-SMA가 사용된 RC 구조물의 피로 실험에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로 성능을 평가하였고 하중 유형(정적, 피로)과 피로 응력 범위를 변수로 고려해 고주기 피로 실험을 수행하였다. 이를 통해 피로 강도, 피로 수명 및 거동을 확 인하였으며, Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로강도는 최대하중의 40%~60% 사이에 있을 것으로 예측되었다.

Recently, the demand for shape memory alloys in the biomedical industry is increasing. Nitinol alloy, which accounts for most of the shape memory alloy market, occupies most of the biomedical field. Nitinol for biomaterials requires a clean surface without sub-micron surface integrity and surface defects in order to be used more safely in a living body. Among them, new technologies such as polishing using MR fluid are being studied, but there is a disadvantage in that it takes a long time for processing due to a low material removal rate. In this study, material removal studies were conducted for effective polishing, and excellent polishing properties of MR fluid were confirmed.

The current study investigates the seismic performance of shear-dominant RC columns retrofitted with iron-based shape memory alloy (Fe SMA). Three RC columns with insufficient transverse reinforcement were designed and fabricated for lateral cyclic loading tests. Before testing, two specimens were externally confined with carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) sheets and self-prestressed Fe SMA strips. The test results showed that both CFRP and Fe SMA performed well in preventing severe shear failure exhibited by the unretrofitted control specimen. Furthermore, the two retrofitted specimens showed ductile flexural responses up to the drift ratios of ±8%. In terms of damage control, however, the Fe SMA confinement was superior to CFRP confinement in that the spalling of concrete was much less and that the rupture of confinement did not occur.

This study reports an experimental and analytical exploration of concrete columns laterally confined with Fe-based shape-memory alloy (Fe-SMA) spirals. For performing experiments, Fe-SMA rebars with a 4% prestrain and diameter of 10 mm were fabricated and concrete columns with internal Fe-SMA spiral reinforcement were constructed with a diameter of 200 mm and height of 600 mm. An acrylic bar with an attached strain gauge was embedded in the center of the specimen to measure local strains. Experimental variables encompassed the Fe-SMA spiral reinforcement, spacing, and activation temperature. Uniaxial compression tests were conducted after applying active confinement to the concrete columns through electrical-resistance heating. Notably, as the Fe-SMA spiral spacing decreased, the local failure zone length and compressive fracture energy of the prepared specimens increased. Additionally, a model incorporating compressive fracture energy was proposed to predict the stress–strain behavior of the. This model, accounting for active and passive confinement effects, demonstrated accurate predictions for the experimental results of this study as well as for previously reported results.

Tendon-driven mechanisms have gained prominence in a range of applications, including soft robots, exoskeletons, and prosthetic devices. These mechanism use flexible tendons or cables to transmit force and control joint movement. As the popularity of these mechanisms grows, there is an increasing demand for solutions to enhance stability and safety. The use of brakes is a well-known solution, but existing models are difficult to customize for small soft robots. In this paper, we present a one-way shape memory alloy-based compact brake for tendon-driven mechanisms. The proposed soft brake featured a thin design and was tailored for seamless integration within a tendon-driven mechanism. In addition, the use of the one-way shape memory alloys enabled the design of the brakes that are both compact and powerful. This brake is expected to be widely used in miniaturized tendon-driven robots.

지진이란 지구 내부의 갑작스러운 에너지 방출로 땅이 흔들리는 자연재해의 일종으로 지표면에 살고 있는 사람들에 게 수많은 피해를 발생시킨다. 이에 따라 지진의 피해를 최소화하는 연구가 활발히 진행되고 있지만 지진 이후 발생한 구조물 의 잔류변형, 댐퍼와 구조물의 보수와 같은 문제는 피할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 반영구적으로 사용이 가능한 초탄성 형 상기억합금을 댐퍼에 적용하고 제안한다. 본 연구의 에너지 소산형 댐퍼는 초탄성 형상기억합금과 더불어 마찰볼트가 추가됨으 로써 잔류변형은 적고 에너지 소산 및 하중 성능은 우수한 댐퍼이며 ABAQUS 프로그램을 활용한 유한요소해석을 진행하여 성 능을 입증한다. 재료의 차이, 마찰볼트의 유무, 핵심부재의 크기 차이를 설계 변수로 해석을 진행하여 도출된 힘-변위 거동응답 결과를 최대하중, 잔류변위, 에너지 소산 등의 성능에 대해 비교분석한다. 따라서, 연구 결과를 바탕으로 에너지소산형 댐퍼는 우수한 성능으로 안전한 사회기반을 조성하는 초석이 될 것으로 기대된다.

본 연구는 형상기억합금을 이용한 능동구속기법의 콘크리트 기둥 내진보강효과를 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 기존 니켈-티타늄계 형상기억합금보다 저렴한 철계 형상기억합금(Fe SMA)을 선정하여 능동구속기법에 적용하였다. 비내진 상세 를 가진 네 개의 동일한 원형 콘크리트 기둥을 제작한 후 기둥 하단부에 각기 다른 외부구속(무구속, CFRP 구속, Fe SMA 구속) 을 적용하였다. 정적수평반복가력실험 결과, 구속이 적용된 모든 기둥은 콘크리트 기둥의 연성적 휨거동을 이끌어내는데 효과 적인 것으로 밝혀졌다. 특히 Fe SMA 구속은 CFRP 구속에 비해 기둥 하단부 소성힌지에서 콘크리트의 박락 및 손상을 줄이는데 더욱 효과적이었다.

국내에서 공용중인 교량은 33,177개로 사회기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더에 신축량이 발생하게 되고, 거더간 유간거리에 대한 안정성을 확보하기 위해 신축이음장치를 설치한다. 신 축이음장치에는 교량의 누수 및 퇴적물 낙하 등을 방지하기 위해 고무지수재를 설치하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 고무 지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생하게 된다. 손상된 고무지수재를 통해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양 한 2차 피해가 발생할 수 있다. 이러한 피해를 예방하기 위해 교량의 유지관리를 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체는 불가피한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄 성 형상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 초탄성 형상기억합금 지수재에 대한 유한요소해석을 수행 및 분석하였으며, 복원 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.

과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지 니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합 금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성 이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.

The energy dissipation of inverted V-type eccentric steel braced frames can be achieved through the yielding of a slit link, through yielding of a number of strips between slits when the frame is subjected to inelastic cyclic deformation. On the other hand, the development of seismic resistance system without residual deformation is obtained by applying the superelasdtic shape memory alloy (SMA) material into the brace and link elements. This paper presents results from a systematic three-dimensional nonlinear finite element analysis on the structural behavior of the eccentric bracing systems subjected to cyclic loadings. A wide scope of structural behaviors explains the horizontal stiffness, hysteretic behaviors, and failure modes of the recentering eccentric bracing system. The accurate results presented here serve as benchmark data for comparison with results obtained using modern experimental testing and alternative theoretical approaches.

본 논문에서는 철계형상기억합금(Fe SMA) 스트립으로 능동구속된 콘크리트 기둥의 실험적, 해석적 연구결과를 제시한다. Fe SMA과 탄소섬유보강시트(CFRP)로 각각 구속된 콘크리트 공시체의 압축실험을 통해 형상기억합금 기반 능동구속기법의 효과성을 평가하였다. 실험결과, Fe SMA 스트립으로 구속된 콘크리트 공시체가 낮은 구속력에도 불구하고 CFRP 시트로 구속된 공시체에 비 해 더 우수한 변형능력을 가지는 것으로 밝혀졌다. 실험을 통해 얻은 구속된 콘크리트의 압축거동 결과를 이용해 소성힌지 영역이 각 각 Fe SMA 스트립과 CFRP 시트로 보강된 콘크리트 기둥의 유한요소모델을 구축하였다. 기존 수행된 콘크리트 기둥의 수평반복가력 실험결과를 바탕으로 구축된 기둥 모델을 검증하였고, 각각의 기둥 모델에 대한 수평반복가력 해석을 수행하였다. 해석결과, Fe SMA 스트립으로 보강된 콘크리트 기둥이 CFRP 시트로 보강된 기둥모델에 비해 변형, 에너지 소산능력 향상에 효과적임을 확인하였다.

Recently, the medical industry’s use of biomaterial has taken an important place. A biomaterial is a semi-permanent material that can be used instead of a specific part of the body when there is a disability. Among them, Nitinol alloy has used in the human body, the material surface quality is very important, and research on processing methods is important to improve the surface quality. Therefore, in this study, a study was conducted to obtain high-quality surface quality using the MR polishing process. As a result, high-quality surface roughness was obtained at a wheel rotation speed of 400rpm(Ra=3.5nm).

본 연구는 기존 이력댐퍼와 프리스트레트 철계 형상기억합금(Fe SMA)을 결합한 새로운 하이브리드 댐퍼를 제안하고 이용가능성을 해석적으로 평가한다. 하이브리드 댐퍼는 강진 발생 시 모멘트 프레임의 에너지소산능력을 향상시키고 잔류변형 을 감소시키기 위한 목적으로 제안되었다. 구조해석 프로그램인 OpenSees를 통해 댐퍼의 각 요소에 대한 해석모델을 구축하였 고, 세가지 형식의 강재 가새프레임에 대해 시간이력해석을 수행하였다. 해석결과, 제안된 댐퍼는 모멘트 프레임의 최대 및 잔 류변형을 줄이는데 우수한 것으로 나타났다. 본 연구에 사용된 Fe SMA는 니켈-티타늄(Ni-Ti) 형상기억합금에 비해 5-10%에 해 당하는 낮은 재료 비용을 가지면서도 지진에 취약한 프레임 구조의 내진보강에 효과적인 결과를 보였다.

인류 문명은 재료의 발달과 함께 진화를 해왔으며 20세기 후반부터 등장한 스마트재료는 외부 환경에 맞춰 스스로 적응을 하는 재료이다. 많은 종류의 스마트재료 중 대표물질이라고 할 수 있는 형상기억합금은 온도에 반응하여 자가 치유효과 를 볼 수 있는 재료이다. 외부 하중에 의한 변형을 자가치유 효과를 사용하여 회복을 하고자 하는 연구는 계속되어 왔지만 온 도의 변화를 구조물 전체적으로 줘야한다는 많은 불편이 있었다. 따라서 본 연구에서는 이 효과를 증진하여 상온에서도 자가 치유효과를 할 수 있는 초탄성 형상기억합금을 이용한다. 구조물에 있어서의 초탄성 형상기억합금의 능력을 스테인리스강과 함 께 비교하고 비교를 위해 강재가 가장 변형되기 쉬운 형태인 와이어형태로 가공하여 다양한 인장실험을 진행한다. 인장실험의 종류는 총 3가지로 변위를 다르게, 인장속도를 다르게, 선 인장력을 다르게 하는 실험으로 진행된다. 이때의 응력, 변형률간의 그래프를 그리고 잔류변형, 재료의 항복점 및 회복, 에너지 소산과 같은 구조물에 있어서의 재료적 능력을 파악하고 따로 그래 프를 도식화 하여 해석하였다.