발포 EPP/EPS의 충격특성에 관한 실험적 연구

김한국 ( Han Kook Kim ),김병준 ( Byeoung Jun Kim ),정광영 ( Kwang Young Jeong ),전성식 ( Seong S Cheon ) 한국복합재료학회 2013 Composites research Vol.26 No.6

본 연구에서는 발포 폴리프로필렌(Expanded polypropylene)과 발포 폴리스티렌(Expanded polystyrene)의 준정적 시험(Quasi-static test) 및 계장화 충격 시험(Instrumented impact test)을 수행하였다. EPP와 EPS는 4가지의 다른 밀도에 대해 원통형 시편이 준비되었다. 준정적 시험에는 MTS 858을 사용하여 0.001 s-1과 0.1 s-1 두 가지 변형률속도 조건으로 진행되어 결과를 분석하였다. 계장화 충격 시험에서는 Instron dynatup 9250HV를 사용하여, 각각 100 J, 200 J, 300 J의 서로 다른 충격에너지를 가했을 때의 응력-변형률 선도 결과를 비교 분석하였다. In the present study, quasi-static tests and impact tests were performed for investigating the mechanical behaviour of EPP (Expanded polypropylene) and EPS (Expanded polystyrene). Four different density cylindrical type specimens were prepared for EPP and EPS and 0.001 s-1 and 0.1 s-1 of strain rate conditions for quasi-static tests and 100 J, 200 J and 300 J of incident energy conditions for the instrumented impact tests were considered.

알루미늄 합금으로 된 경사진 이중외팔보의 충돌에 대한 실험 및 해석

고등 ( Teng Gao ),조재웅 ( J U Cho ),전성식 ( Seong S Cheon ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.2

본 연구에서는 알루미늄 합금으로 된 경사진 이중외팔보의 충돌에 대해서 각각의 충격속도 2.5m/s, 7.5m/s, 12.5 m/s 별로 실험과 시뮬레이션 해석을 하였다. 접착부분에 발생하는 에너지 해방율과 응력을 평가하여 알루미늄 합금의 기계적 특성을 고찰하였다. 실험상에서는 접착 부분에서 에너지 해방율의 값이 높은 것으로 나타났다. 이는 실험에서 시험편이 분리된 후에도 접착력이 유지되는 특성 때문인 것으로 사료된다. 충격속도와 상관없이 균열이 진전하다가 접착된 부분의 끝에서 높은 응력을 발생하기 때문에 최대 등가응력은 마지막 단계에서는 올라간다. 본 연구에서의 실험 및 해석결과들은 충돌에 의한 균열 진전을 방지할 수 있는 복합재료에 대한 안전설계의 개발에 필요한 자료로 사료된다. This study is investigated by experiments and analyses at rates of 2.5m/s, 7.5m/s and 12.5m/s on the impact of tapered double cantilever beam specimens with aluminium alloy. It aims to examine the mechanical property of aluminum alloy by evaluating energy release rate and equivalent stress happened at the bonded part of specimen. Because bonding force remains after the separation of specimen, the energy release rate at the bonded part becomes highest. As crack propagates and the high stress happens at the end of the bonded part, the maximum equivalent stress becomes higher at the last stage, regardless of impact rate. These results of experiments and analyses are the data necessary to develop the safe design of composite material to prevent crack propagation due to impact.

머신 러닝 기법을 이용한 PIC 범퍼 빔 설계 방법

함석우,지승민,전성식,Ham, Seokwoo,Ji, Seungmin,Cheon, Seong S. 한국복합재료학회 2022 Composites research Vol.35 No.5

In this study, the PIC design method with machine learning that automatically assigning different stacking sequences according to loading types was applied bumper beam. The input value and labels of the training data for applying machine learning were defined as coordinates and loading types of reference elements that are part of the total elements, respectively. In order to compare the 2D and 3D implementation method, which are methods of representing coordinate value, training data were generated, and machine learning models were trained with each method. The 2D implementation method is divided FE model into each face and generating learning data and training machine learning models accordingly. The 3D implementation method is training one machine learning model by generating training data from the entire finite element model. The hyperparameter were tuned to optimal values through the Bayesian algorithm, and the k-NN classification method showed the highest prediction rate and AUC-ROC among the tuned models. The 3D implementation method revealed higher performance than the 2D implementation method. The loading type data predicted through the machine learning model were mapped to the finite element model and comparatively verified through FE analysis. It was found that 3D implementation PIC bumper beam was superior to 2D implementation and uni-stacking sequence composite bumper.

발포 알루미늄으로 된 경사진 이중외팔보 시험편의 접착면에서의 전단 실험 및 시뮬레이션 해석

손홍붕 ( Hong Peng Sun ),전성식 ( Seong S. Cheon ),조재웅 ( Jae Ung Cho ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.6

본 연구에서는 발포 알루미늄으로 구성된 접착 구조물에서의 접합면에 대한 파괴 특성을 조사하기 위하여 각도를 변수로 정하고 TDCB 시험편을 설계하였다. 이 시험편들은 길이는 200 mm이고 시험편에 대한 접착면의 경사 각도는 6°, 8°, 10°와 12°인 네 가지로 모델링을 하였다. 이 시험편들의 실험 및 해석을 분석한 결과, 경사면각도가 6°, 8°, 10°와 12°인 경우에 시험편들의 최대 하중은 각각 약 120 N, 137 N, 154 N과 171 N으로 발생하였다. 해석의 결과 값이 실험치에 가까워져 많은 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 연구 방법을응용하여 실험 대신 시뮬레이션을 통하여 접착제로 접착된 알루미늄 폼으로 된 재료의 전단 거동에 관한 물성치를 효율적으로 파악할 수 있다고 사료된다. In this study, tapered double cantilever beam specimens are designed with the variable of angle toinvestigate the fracture property at the bonded surface of adjoint structure. These specimens are made with four kindsof models as the length of 200 mm and the slanted angles of bonded surfaces on specimens of 6°, 8°, 10° and 12°. Byinvestigating experiment and analysis result of these specimens, the maximum loads are happened at 120 N, 137 N,154 N and 171 N respectively in cases of the specimens with slanted angles of 6°, 8°, 10° and 12°. As the analysisresult approach the experimental value, it is confirmed to have no much difference with the values of experiment andanalysis. It is thought that the material property can be investigated effectively on shear behavior of the materialcomposed of aluminum foam bonded with adhesive through simulation instead of experiment by applying this studymethod.

변형률 속도가 고려된 발포 폴리프로필렌의 구성방정식

김한국 ( Han Kook Kim ),전성식 ( Seong S Cheon ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.4

본 논문에서는 Kim 등[7]이 제시한 4가지의 다른 밀도를 갖는 원통형 시험편으로한 EPP(Expanded polypropylene) 의 준정적(Quasi-static test) 및 충격 시험(Impact test) DB를 바탕으로 Jeong 등[12]이 제시한 폴리우레탄(Polyurethane) 에 대한 구성방정식을 EPP 폼에 대하여 다시 정의 하여 충격량-운동량 이론을 접목시켜 새로운 구성방정식을 제안하기위한 DB 구축을 목표로 하였다. The purpose of this paper is to build DB in order to Propose new constitutive equations by redefining constitutive equations for Polyurethane presented by Jeong et al. [12] based on Quasi-static test and Impact test DB of Expanded polypropylene using cylindrical specimens with 4 different densities presentsd by Kim et al. [7] for EPP foam and combining the impulse-momentum theory.

Self-piercing rivet 접합 공정의 수치 해석적 평가

김대영(Dae Young Kim),전성식(Seong S. Cheon) 한국자동차공학회 2015 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2015 No.11

Wheelchair Multi-layer headrest foam 특성과 상해지수간 상관관계 분석

조성욱 ( Sungwook Cho ),지승민 ( Seungmin Ji ),전성식 ( Seong S. Cheon ) 한국복합재료학회 2023 Composites research Vol.36 No.4

Although the development of transportation means has realized the right to mobility for the disabled who have difficulty in moving, it can be said that the improvement of the safety of passengers with disabilities that can occur in a car accident is lower than that of ordinary passenger seats. In particular, in the case of a rear-end collision that can occur suddenly, it is a reality that disabled passengers are vulnerable to head and neck injuries. Therefore, in this study, a multi-layer headrest foam that divides the headrest into three parts in the coronal plane was proposed to improve the head and neck injury index of disabled passengers in the vehicle in the event of a rear-end collision of a wheelchair transport vehicle. A range of stress scale factors was selected to give various compressive characteristics of the foam through low-speed rear-end collision analysis through a simple model, and GA optimization was performed by specifying the range as a parameter. Through the optimization result, the phase relationship between HIC and NIC was analyzed according to the compression characteristics of the layers. HIC responded most sensitively to the compression characteristics of the front layer and NIC responded to the compression characteristics of the mid layer, and the compression characteristics of the rear layer showed the lowest. A normal headrest and an optimized multi-layer headrest were placed in the validation model to analyze the lowspeed rear-end collision sled test, and HIC and NIC were derived lower in the multi-layer headrest than in the general headrest. The compression behavior of the multi-layer headrest was also clearly shown, and it was verified that the multi-layer headrest was effective in improving the injury index of the head and neck compared to the general headrest.

머신 러닝을 이용한 PIC 로봇 암 강성 향상에 대한 연구

지승민 ( Seungmin Ji ),함석우 ( Seokwoo Ham ),전성식 ( Seong S. Cheon ) 한국복합재료학회 2022 Composites research Vol.35 No.5

PIC(Piecewise Integrated Composite)는 적층 복합재의 기계적 특성을 향상시키기 위해 다양한 적층 순서를 모자이크 방식으로 할당하여 복합 구조를 설계하는 새로운 개념이다. 또한 머신 러닝은 인공 지능의 하위 범주로, 컴퓨터가 데이터에서 지속적으로 학습하고 데이터를 기반으로 예측하는 능력을 개발한 다음 추가 프로그래밍 없이 조정하는 과정을 의미한다. 본 연구에서는 구조적 강성을 높이기 위해 기계학습을 기반으로 넓고 얇은 LCD 디스플레이를 운반 및 이송하기 위한 테이퍼 박스형 빔형 PIC 로봇 암이 설계되었다. 필수 학습 데이터는 예비 FE 해석 과정에서 유한 요소 모델 중 의도적으로 배치된 참조 요소에서 수집되었다. 또한 인장, 압축 또는 전단과 같은 지배적인 외부 하중 유형을 판단하기 위해 각 유한 요소에 대한 3축 특성 값을 얻었다. 학습 데이터를 이용하여 머신 러닝 모델을 훈련하고 평가되었으며, 정확도 레벨을 만족한 머신 러닝 모델을 이용해 요소의 로딩 유형을 예측하였다. 특정 하중 유형에 대해 우세한 것으로 알려진 세 가지 유형의 적층 각도 순서가 PIC 로봇 암에 모자이크 방식으로 할당되었습니다. 이후 굽힘형 FE 해석을 수행한 결과 PIC 로봇 암이 기존의 단일 적층 각도 순서로 제작된 복합재 로봇 암에 비해 강성이 증가된 것으로 나타났다. PIC (Piecewise Integrated Composite) is a new concept for designing a composite structure with mosaically assigning various types of stacking sequences in order to improve mechanical properties of laminated composites. Also, machine learning is a sub-category of artificial intelligence, that refers to the process by which computers develop the ability to continuously learn from and make predictions based on data, then make adjustments without further programming. In the present study, the tapered box beam type PIC robot arm for carrying and transferring wide and thin LCD display was designed based on the machine learning in order to increase structural stiffness. Essential training data were collected from the reference elements, which were intentionally designated elements among finite element models, during preliminary FE analysis. Additionally, triaxiality values for each finite element were obtained for judging the dominant external loading type, such as tensile, compressive or shear. Training and evaluating machine learning model were conducted using the training data and loading types of elements were predicted in case the level accuracy was fulfilled. Three types of stacking sequences, which were to be known as robust toward specific loading types, were mosaically assigned to the PIC robot arm. Henceforth, the bending type FE analysis was carried out and its result claimed that the PIC robot arm showed increased stiffness compared to conventional uni-stacking sequence type composite robot arm.

하중유형 분석을 통한 좌굴에 강한 복합재료 사각관 설계에 관한 연구

함석우 ( Seokwoo Ham ),지승민 ( Seungmin Ji ),전성식 ( Seong S. Cheon ) 한국복합재료학회 2023 Composites research Vol.36 No.1

PIC 설계 방법은 선행 유한요소해석을 통해 하중 유형을 나누어, 각 구간마다 하중 유형에 강한 복합재료의 적층 각도 순서를 배치하는 방법이다. 기존 연구에서는 효율적으로 구간을 나누기 위하여 PIC 설계 방법에 머신 러닝이 적용되었으며, 학습 데이터는 선행 유한요소해석 결과 값을 통해 전체 요소의 일부인 참조 요소에서의 인장, 압축 그리고 전단과 같은 하중 유형으로 나누어 라벨링 되었다. 하지만 좌굴에 대해 고려되지 않아서 좌굴 발생 시, 적절한 하중 유형으로 나눌 수 없기 때문에 이를 해결하기 위한 방법이 필요하다. 본 연구에서는 좌굴이 고려되기 위한 새로운 하중 유형 분석 방법을 기존의 PIC 설계에 적용하는 기법(PIC-NTL)이 제안되었다. 좌굴의 하중 분석은 각 플라이(Ply)별 응력 3축 특성을 통해 진행되었으며, 요소의 두께 방향으로 동일한 크기의 두 영역으로 나누어진 판단 영역 내에서 결정된 하중 유형을 통해 대표 하중 유형이 지정되었다. 학습 데이터의 특성 값은 참조 요소의 좌표, 라벨(Label)은 각 판단 영역의 대표 하중 유형으로 구성되었으며, 이 데이터를 통해 머신 러닝 모델이 학습되었다. 머신 러닝 모델의 성능에 영향을 미치는 하이퍼파라미터는 베이지안 알고리즘을 통하여 최적 값으로 튜닝되었다. 튜닝 된 머신 러닝 모델의 중 SVM 모델이 가장 높은 예측률과 ROC-AUC로 나타났으며, 해당 모델을 통해 예측된 데이터가 유한요소 모델에 매핑되었다. 기존에 제안된 PIC 설계 방법과 비교하기 위하여 사각관 형태의 모델을 압축시키는 유한요소해석이 진행되었으며, 본 연구에서 제안된 설계 방법이 강도와 에너지 흡수율에서 더 우수함이 검증되었다. The PIC design method is assigning different stacking sequences for each shell element through the preliminary FE analysis. In previous study, machine learning was applied to the PIC design method in order to assign the region efficiently, and the training data is labeled by dividing each region into tension, compression, and shear through the preliminary FE analysis results value. However, since buckling is not considered, when buckling occurs, it can’t be divided into appropriate loading type. In the present study, it was proposed PIC-NTL (PIC design using novel technique for analyzing load type) which is method for applying a novel technique for analyzing load type considering buckling to the conventional PIC design. The stress triaxiality for each ply were analyzed for buckling analysis, and the representative loading type was designated through the determined loading type within decision area divided into two regions of the same size in the thickness direction of the elements. The input value of the training data and label consisted in coordination of element and representative loading type of each decision area, respectively. A machine learning model was trained through the training data, and the hyperparameters that affect the performance of the machine learning model were tuned to optimal values through Bayesian algorithm. Among the tuned machine learning models, the SVM model showed the highest performance. Most effective stacking sequence were mapped into PIC tube based on trained SVM model. FE analysis results show the design method proposed in this study has superior external loading resistance and energy absorption compared to previous study.

주 전열면 열교환기릐 Brazing접합 부위 강도 최적화

조성욱(Sung-Wook Cho),최영종(Young-Jong Choi),전성식(Seong S. Cheon) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11