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윤원석(Yoon, Won-Sok),윤영준(Yoon, Young-June) 한국정보전자통신기술학회 2011 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.4 No.4
높은 기공성을 갖춘 망상골과 고체의 비율이 높은 피질골의 기계적 성질은 초음파 파동 전파 측정법으로 알 수 있다. 초음파의 속도(SOS)는 bulk wave 방정식과 bar wave 방정식을 통해 산출할 수 있다. Bulk wave는 Biot의 이론에서 빠른 파동과 매우 유사함을 이용해, 본 연구에서 뼈의 이방성을 담은 행렬에 의해 bulk wave 속도가 변하는 여부를 측정하였다. 음파의 속도는 뼈가 횡방적인(transversely isotropy) 특성을 갖을 때보다 등방적인 특성을 갖을 때 0.69% 빠르다. 또한 bar wave 방정식을 사용하여 피질골에 대한 속도를 측정하였다. 전의 논문에 의하면 bar wave 속도는 탄성 계수 텐서 혹은 영의 계수의 함수이고 이와 같은 방법으로 bar wave 속도에 의해 등방성과 이방성을 측정하였다. Mechanical properties of cancellous bone with a high porosity and cortical bone with a high fraction of solid are estimated by the measurement of ultrasonic wave propagation. The speed of sound (SOS) in ultrasonic waves is usually measured by two equations, bulk wave equation and bar wave equation. Bulk wave speed has almost same as the fast wave of Biot's theory. In this study, we examine whether the bulk wave speed is influenced by the anisotropy of bone matrix. The SOS when the bone matrix is isotropy is 0.69% faster than that when the bone matrix is transversely isotropy. We also examine if the use of bar equation is adequate for a cortical bone. In the previous paper, the bar wave speed is a function of Young's modulus or elastic coefficient tensor. In the same manner, the effect of bar wave speed to isotropic and anisotropic bone is estimated.
윤원석(Yoon, Won-Sok),윤영준(Yoon, Young-June) 한국정보전자통신기술학회 2012 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.5 No.1
뼈는 미네랄과 콜라겐으로 이루어진 복합 재료이고 횡방성 대칭의 역학적인 성질을 갖는다. 뼈의 유효 탄성 상수를 찾기 위해서는 복합재료역학에서 경계조건을 사용하여 그 값을 예측하고 있다. 그 방법들 중 하나인 보이트-로이스 경계조건은 근사값을 이용해서 유효 탄성 계수를 추정하는 방법이다. 기존의 방법은 고유값의 경계조건에 관한 경계조건을 보이지만, 이번 연구에서 우리는 수학적으로 이 경계조건이 각각의 탄성계수에 관해서 성립함을 보였다. The bone material is a composite material consisted of collagen and mineral crystals. Also it shows transversely isotropic symmetry. So far none has shown that the components of the elasticity tensor satisfy the Voigt and Reuss bounds. To determine the effective elastic constant of bone material, the Voigt and Reuss bounds are employed and we show that the components of the elasticity tensor satisfy the Voigt and Reuss bounds. Mathematically this bounds are satisfied on two conditions only out of four conditions.
섬유강화복합재료를 사용한 일반용 경량화 자전거 프레임의 최적설계
윤원석(Won Sok Yoon),김도형(Do Hyung Kim),김학성(Hak Sung Kim) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.2
본 연구에서는 자전거의 경량화를 위해 탄소섬유 복합재료, 유리섬유 복합재료, 케블라섬유 복합재료를 자전거 프레임의 재료로 사용하여 강도 설계 및 최적화를 수행하고 재료 성능을 비교하였다. 이를 위해 유럽표준위원회가 제시하는 자전거 안전사항을 기준으로 복합재료가 가진 이방적 특성을 활용하여 적층각 최적화와 두께 최적화를 수행하였다. 또한, 최적화된 무게, 복합재료의 강도와 비용을 바탕으로 Digital logic 방법으로 재료별 자전거 프레임의 성능을 비교하였으며 이를 통해 섬유강화복합재료를 사용한 자전거 프레임의 구조적 안정성을 확보하며 동시에 경량화를 수행할 수 있었고, 자전거 프레임에 적합한 복합재료를 선별할 수 있었다. In this paper, optimal designs of bicycle frame were studied for weight reduction of bicycle using carbonfiber-reinforced plastic (CFRP), glass-fiber-reinforced plastic (GFRP) and Kevlar-fiber-reinforced plastic (KFRP), respectively. Based on the anisotropic properties of FRP material, stacking angle and thickness optimization were performed under the safety reference of European committee for standardization (CEN) to ensure the stability of bicycle frame. Finally, performances of FRP bicycle frame was evaluated by digital logic method based on the optimized results of weight, strength properties and cost. Then, the optimized bicycle frame composed of each FRPs were evaluated and ranked by total performance values.