계장화 압입 시험법을 이용한 2축 잔류응력의 평가: 응력의 방향성 측정 및 무응력 상태의 예측

Residual stress arose inevitably during manufacturing processes is mainly responsible for the fracture and failure of materials and products. Various methods and techniques have been developed to evaluate the residual stress, the instrumented indentation technique has recently come into notice because of its non-destructive, simple and local characteristics. Various indentation models have been developed to determine residual stresses, but no previous models can be applied to a non-equibiaxial residual stress state. To overcome this limitation, a Knoop indentation technique was developed to use the asymmetric characteristics of the Knoop indenter. The Knoop indentation model to measure and quantify the stress directionality p was described. Also, we developed the new algorithm to estimate principal direction of residual stresses by four times of Knoop indentation tests. The previous indentation methods for evaluating residual stress need the stress-free state, because they are based on comparing indentation curves under between stressed state and stress-free state. The new method for estimating indentation parameters under stress-free state from an indentation curve under stressed state was suggested using the concept of invariant properties independent of residual stress. The proposed models and algorithms to estimate stress directionality, principal direction and stress-free state were verified by indentation experiments under various applied stress states which are generated by a stress-generating jig with two independent orthogonal loading axes.열처리, 소성가공 및 용접 등과 같은 다양한 공정에 의해 재료 내부 발생하는 잔류응력은 실제 인가되는 외부응력과 결합하여 재료의 파괴 및 파손을 일으키고 구조물의 건전성을 저하시키는 주요한 원인중의 하나이다. 따라서 정량적인 잔류응력의 평가는 구조물의 안전성을 확보하고 제품의 신뢰성을 확보하기 위해 필수적이라고 할 수 있다. 잔류응력을 측정하기 위해 파괴적인 방법의 구멍뚫기법 및 절단법, 비파괴적인 방법의 곡률법 및 X선 회절법 등의 다양한 방법들이 사용되어 왔다. 하지만 기존의 방법들의 단점으로 인하여 계장화 압입 시험법이 새로운 대안으로 각광받고 있다. 계장화 압입 시험법(Instrumented Indentation Technique, IIT)은 압입자를 재료에 압입하면서 연속적으로 하중과 변위를 모니터링하여 압입하중-변위곡선을 얻는다. 이렇게 얻어진 압입하중-변위곡선의 분석을 통해서 인장물성, 파괴인성 및 잔류응력 등의 다양한 기계적 물성을 평가한다. 계장화 압입 시험법을 이용한 잔류응력의 평가 방법은 잔류응력의 유무에 따라 압입하중-변위곡선의 차이가 발생한다는 기본적 원리를 바탕으로 하고 있다. 인장 잔류응력의 경우에는 압입 곡선이 무응력 상태의 그것보다 낮은 기울기를 가지게 되고, 압축 잔류응력의 경우에는 높은 기울기를 가지게 되며, 이러한 차이의 분석을 통해 정량적으로 잔류응력을 측정할 수 있다. 하지만 등방적인 압입자를 사용할 경우 평균 잔류응력의 측정만이 가능할 뿐 응력의 방향성 측정이 어렵다는 한계점이 있다. 잔류응력의 방향성을 평가하기 위해 비등방성 압입자인 누프(Knoop) 압입자를 이용한 평가 모델을 개발하였다. 누프 압입자의 장축 방향이 그것에 수직한 방향으로의 응력 민감도가 훨씬 크다는 것에 착안하여, 서로 수직한 2회 압입 시험 결과의 분석을 통해 응력의 방향성을 평가할 수 있는 기법을 개발하였다. 또한, 0, 45, 90, 135도의 4방향으로의 누프 압입 시험 결과의 분석을 통해 주응력 방향을 결정할 수 있는 알고리즘도 개발하였다. 개발된 기법은 인위적으로 인가된 응력 상태에서 누프 압입 시험을 수행하여 압입 곡선의 분석으로부터 도출된 결과와 인가된 응력 상태와의 비교를 통해서 검증되었다. 기존의 계장화 압입 시험을 이용한 잔류응력 평가 기법은 무응력 상태와 응력 상태의 비교를 통해 그 측정이 이루어진다. 그러나, 무응력 상태가 존재하지 않거나 그것을 인위적으로 만들기 어려울 경우, 잔류응력 측정이 어렵게 된다. 잔류응력의 유무에 상관없이 항상 일정한 값을 갖는 실접촉깊이를 광학적 방법으로 계측하고, 그것을 응력 상태의 압입 곡선으로부터 도출된 인자와 연관시켜 무응력 상태의 압입 깊이를 예측할 수 있는 기법을 개발하였다. 응력 상태의 압입 곡선 및 접촉면적의 측정만으로 인위적으로 인가된 응력 상태의 예측을 통해 개발된 기법을 검증하였다.Docto

Shipyard Skid Sequence Optimization Using a Hybrid Genetic Algorithm

본 연구는 조선소 소조립 공정에서 스키드 투입 순서 최적화를 통해 전체 작업시간을 단축시키는 새로운 유전 알고리즘 방법을 제안한다. 하나의 해는 스키드 번호들의 순열로 표현되며 그러한 표현에 적합한 유전 연산자들을 적용하였다. 또한 탐색 성능의 개선을 위해 UniDev라 불리우는 기존의 휴리스틱 알고리즘을 적절하게 변형하여 유전 알고리즘과 결합하였다. 특히 UniDev에서 느린 스키드 탐색 부분을 그리디 알고리즘의 형태로 변경하였다. 매우 큰 규모의 문제에 대해시뮬레이션을 수행한 결과 Multi-Start 탐색과 UniDev기반 혼합형 유전알고리즘에 비해 본 연구에서 제안하는 방법이 안정적으로 작업시간을 최소화함을 관찰하였다. In this paper, we propose a novel genetic algorithm to reduce the overall span time by optimizing the skid insertion sequence in the shipyard subassembly process. We represented a solution by a permutation of a set of skid ids and applied genetic operators suitable for such a representation. In addition, we combined the genetic algorithm and the existing heuristic algorithm called UniDev which is properly modified to improve the search performance. In particular, the slow skid search part in UniDev was changed to a greedy algorithm. Through extensive large-scaled simulations, it was observed that the span time of our method was stably minimized compared to Multi-Start search and a genetic algorithm combined with UniDev

PbS 양자점 태양전지에서의 산화 효과 연구

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과, 2013.2, [ viii, 63 p. ]Colloidal quantum dots (CQDs) are of great interest in application of photovoltaic (PV) devices, due to their cost-effectiveness and solution-based processability. They also have excellent size-tunable optical properties which are highly desirable for optoelectronic devices. Lead(Ⅱ) sulfide (PbS) CQDs are promising material for PV devices due to their strong quantum confinement and high dielectric constant. However, the relatively low power-conversion-efficiency and poor air-stability are remaining challenges. It is essential to understand oxygen reaction on CQD PV devices for better performance. But only few reports have focused on the effects of oxidation. In this thesis, Schottky junction PVs comprised of PbS CQDs were fabricated. Uniform PbS CQDs (average diameter ~ 3 nm) were synthesized with thermal decomposition method. The PbS quantum dot (QD) films were produced via layer-by-layer spin-coating method using 1,2-ethanedithiol. Finally, we fabricated Schottky junction PVs by metal electrodes deposition. We employed a simple pre-oxidation treatment on PbS QD films prior to deposition of metal electrodes. It significantly enhanced an open-circuit voltage up to ~28%, fill factor up to ~ 72% and power conversion efficiency up to ~65%. Also it improved the capability of PCE retention in ambient condition. We systemically analyzed oxidation effects on PbS QD PVs with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-visible spectrophotometer, transmission electron microscopy (TEM) analyses and current-voltage measurements. We found that the improvements of device characteristics are due to the formation of oxygen compounds: PbO, PbSO3 and PbSO4. The oxidation changed the characteristics of PbS QDs. Interestingly post-oxidation treatment also increased the device performance in case of no pre-oxidation. But it involved rapid degradation of device performance, while pre-oxidized devices showed gradual degradation. Pre-oxidation treatment improved not only device perf...한국과학기술원 : 신소재공학과