Ku, Min-Su;Kim, Jeong-Suk;Kim, Pyeoung-Ho;Park, Jin-Hyo;Kang, Ik-Soo
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.1
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pp.101-107
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2011
Analytical solution of micro-scale milling process is presented in order to suggest available machining conditions. The size effect should be considered to determine cutting characteristics in micro-scale cutting. The feed per tooth is the most dominant cutting parameter related to the size effect in micro-scale milling process. In order to determine the feed per tooth at which chips can be formed, the finite element method is used. The finite element method is employed by utilizing the Johnson-Cook (JC) model as a constitutive model of work material flow stress. Machining experiments are performed to validate the simulation results by using a micro-machining stage. The validation is conducted by observing cutting force signals from a cutting tool and the conditions of the machined surface of the workpiece.
The present paper develops application of third-order shear deformation theory (TSDT) and modified couple stress theory (MCST) to size-dependent bending analysis of a functionally graded cylindrical micro-shell. The radial and axial displacement components are described based on TSDT for more accurate analysis. The effect of small scales is accounted based on MCST. The principle of virtual work is used for derivation of bending governing equations. The solution is presented for a simply-supported boundary condition to account the influence of various important parameters such as micro length scale parameter, in-homogeneous index and some dimensionless geometric parameters such as length to radius and length to thickness ratios on the bending results. A comparative analysis is presented to examine the effect of order of employed shear deformation theory on the axial and radial displacements.
Since MEMS based micro actuators or generating devices showed high efficiency per volume, plenty of research are ongoing. Among them, MEMS based millimeter-scale micro gas turbine is one of the most powerful item for replacing chemical batteries. However, due to MEMS manufacturing technique, it is very difficult that makes wide turbine bearing area. It causes low DN number, so sufficient bearing force is hard to achieve. Thus, the most important issue on micro gas turbine is to design the proper bearing which can keep rotor stable during operation. In order to that, micro-scale gas-lubricated bearing is generally used. In this paper, basic feasibility study of thrust bearing of 10mm diameter turbine is described. Thrust bearing is hydrostatic gas-lubricated type. Numerical simulation is performed with ANSYS CFX 11.0 which is commercial numerical tool. Relationship between bearing inlet pressure and mass flow rate and bearing force is figured while changing bearing gap and number of capillaries. The simulation results will be used for further design of micro gas turbine.
This work investigates a novel plate formulation and a modified couple stress theory that introduces a variable length scale parameter is presented to discuss the static and dynamic of functionally graded (FG) micro-plates. A new type of third-order shear deformation theory of Reddy that use only 4 unknowns by including undetermined integral variables is proposed in this study. The equations of motion are derived from Hamilton's principle. Analytical solutions are obtained for a simply supported micro-plate. Numerical examples are presented to examine the effect of the length scale parameter on the responses of micro-plates. The obtained results are compared with the previously published results to demonstrate the correctness of the present formulation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.1
s.190
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pp.47-56
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2007
Recently, demands on mechanical micro machining technology have been increased in manufacturing of micro-scale precision shapes and parts. The main purpose of this research is to verify the accuracy and cost efficiency of the mechanical micro machining. In order to measure the precision and feasibility of mechanical micro machining, various micro features were machined. Aluminum molds were machined by a 3-axis micro stage in order to fabricate microchips with $200{\mu}m$ wide channel for capillary electrophoresis, then the same geometry of microchip was made by injection molding. To evaluate the cost efficiency of various micro manufacturing processes, cost estimation for mechanical micro machining was conducted, and actual costs of microchips fabricated by mechanical micro machining, injection molding, and MEMS (Micro electro mechanical system) were compared.
Since MEMS based micro actuators or generating devices have high efficiency per volume, plenty of research are ongoing. Among them, MEMS based millimeter-scale micro gas' turbine is one of the most powerful issue for replacing chemical batteries. However, since limiting of MEMS manufacturing technique, it is very difficult that makes wide turbine bearing area. It causes low DN number, so sufficient bearing force is hard to achieve. Thus, the most important issue on micro gas turbine is proper bearing design which can keep rotor stable during operation. In order to that, micro-scale gas-lubricated bearing is generally used. In this paper, basic feasibility study and design of journal bearing for 10mm diameter micro gas turbine is described Journal bearing is hydrostatic gas-lubricated type. Numerical simulation is performed with ANSYS CFX 11.0 which is commercial numerical tool. Repulsive force when there is radial displacement in bearing and returning time is calculated using steady and unsteady cases. Auto re-meshing technic is used for moving mesh unsteady cases which simulate displacement of axis and its movement. The simulation results are used for further design of micro gas turbine, and experiment will be done later.
This article presents strain gradient elasticity-based procedures for static bending, free vibration and buckling analyses of functionally graded rectangular micro-plates. The developed method allows consideration of smooth spatial variations of length scale parameters of strain gradient elasticity. Governing partial differential equations and boundary conditions are derived by following the variational approach and applying Hamilton's principle. Displacement field is expressed in a unified way to produce numerical results in accordance with Kirchhoff, Mindlin, and third order shear deformation theories. All material properties, including the length scale parameters, are assumed to be functions of the plate thickness coordinate in the derivations. Developed equations are solved numerically by means of differential quadrature method. Proposed procedures are verified through comparisons made to the results available in the literature for certain limiting cases. Further numerical results are provided to illustrate the effects of material and geometric parameters on bending, free vibrations, and buckling. The results generated by Kirchhoff and third order shear deformation theories are in very good agreement, whereas Mindlin plate theory slightly overestimates static deflection and underestimates natural frequency. A rise in the length scale parameter ratio, which identifies the degree of spatial variations, leads to a drop in dimensionless maximum deflection, and increases in dimensionless vibration frequency and buckling load. Size effect is shown to play a more significant role as the plate thickness becomes smaller compared to the length scale parameter. Numerical results indicate that consideration of length scale parameter variation is required for accurate modelling of graded rectangular micro-plates.
The roll-to-roll (R2R) fabrication method to make micro-scale pillar arrays for biomimetic functionalization of surfaces is presented. Inspired by the micro-structure of plants in nature, a surface with a synthetic micro-scale pillar array is fabricated via maskless photolithography. After the surface is SAM (self-assembled monolayer) coated with trichlorosilane in a vacuum desiccator, it displays a hydrophobic property even in R2R replicas of original substrate, whose properties are further characterized using various pitches and diameters. In order to perform a comparison between the original micro-pattern and its replicas, surface morphology was analyzed using scanning electron microscopy and wetting characteristics were measured via a contact angle measurement tool with a $10{\mu}L$ water droplet. Efficient roll-to-roll imprinting for a biomimetic functionalized surface has the potential for use in many fields ranging from water repelling and self-cleaning to microfluidic chips.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2180-2186
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2002
In a micro-scale contact, capillary force and van der Waals interaction significantly influence the contact between asperities of rough surfaces. Little is, however, known about the variation of these surface forces as a function of chemical property of the surface (wet angle), relative humidity and deformation of asperities in the real area of contact. A better understanding of these surface forces is of great necessity in order to find a solution for reducing friction and adhesion of micro surfaces. The objective of this study is to investigate the surface forces in micro-scale rough surface contact. We proposed an effective method to analyze capillary and van der Waals forces in micro-scale contact. In this method, Winkler spring model was employed to analyze the contact of rough surfaces that were obtained from atomic force microscopy (AFM) height images. Self-mated contact of DLC(diamond like carbon) coatings was analyzed, as an example, by the proposed model. It was shown that the capillary force was significantly influenced by relative humidity and wet angle of the DLC surface. The deformation of asperities to a critical magnitude by external loading led to a considerable increase of both capillary and van der Waals forces.
Proceedings of the Korean Society of Near Infrared Spectroscopy Conference
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2001.06a
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pp.1125-1125
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2001
Micro-scale test methods are producing small-sample size where the conventional physical and chemical tests can not be used (high standard deviation, uncertain sampling conditions, low repeatability). Different small-scale test methods were developed recently for determination of physico-chemical, functional, rheological properties of wheat or wheat dough using miniaturized instruments with sophisticated sample preparation/handling and mechanics (RVA, 2 g mixograph, micro-Z-arm mixer, small-scale noodle maker, micro-baking method etc.). The small-scale methodologies can be used as basic research tools or as technology supported measurements and can be also essential in the early selection for quality traits in breeding programs. The milling as a sample preparation step is essential procedure providing good quality flour or semolina samples from small amount of grain (5-10 g) in a reproducible and reliable way. The aim of present study was to use NIR as quality control tool, and to evaluate the recently developed and manufactured micro-scale lab mill (FQC-2000) produced by Inter-Labor Co. Ltd., Hungary. The milling characteristics of the new instrument were compared to other laboratory mills and the effects of milling action on the chemical composition of fractions were analysed. The fractions were tested with both chemical and near infrared spectroscopic methods. The micro-scale milling resulted significantly different yields, particle size distributions and different fractions from compositional point of view. The near infrared spectra were sensitive enough to distinguish the fractions obtained by different milling procedures. Quantitative NIR calibration equations were developed and tested in order to measure the chemical composition of characteristic milling fractions. Special qualification procedure the PQS (Polar Qualification System) method was used for detecting the differences between fractions obtained by macro and micro-milling procedures. The results and the limitations of PQS method in this application will be discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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