SHPB와 Pulse shaper 기법을 사용한 bovine femur의 동적 변형 거동 특성에 관한 연구

Title
SHPB와 Pulse shaper 기법을 사용한 bovine femur의 동적 변형 거동 특성에 관한 연구
Authors
박진수
Keywords
shpb와pulseshaper기법을사용한bovinefemur의동적변형거동특성에관한연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
뼈의 골절은 큰 충격과 외부 경계조건 하에서 일어나는 경우가 많이 있다. 이러한 뼈에 대한 파괴해석은 각종 하중조건에서 몇 가지 가능한 뼈의 메커니즘에 의해 골격계 조직의 파손을 예방•예측하고 그 손상을 치료하기 위해서 필요하다. 뼈의 파괴 예방과 치료는 기본적인 뼈의 조직과 그 기계적 역할 및 특성을 이해하여야 가능하다. 최근 뼈의 기계적인 거동 특성의 연구를 살펴보면 정적인 하중 조건에서 연구가 많이 수행되었으나 동적인 하중 하에서 뼈의 변형 거동 특성에 대한 연구가 미흡한 편 이다. 즉, 변형률 속도가 매우 큰 하중이 가해지는 조건에서의 재료의 거동이 정적인 경우와는 매우 다르다. 정적 하중 하에서 변형하는 재료의 응력-변형률 선도는 재래식 인장시험기를 사용하여 비교적 쉽게 정확하게 결정할 수가 있다. 그러나 변형률 속도가 매우 빠른 동적 하중 하에 있는 재료의 변형거동을 나타내는 응력-변형률 선도를 실험적으로 정확하게 결정하기는 상대적으로 쉽지 않다. 따라서 특수한 시험기법이 개발되어야 하며, 시험데이터 해석기법도 창안되어야 한다. 고 변형률 속도 하에서 재료의 변형 거동은 Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) 실험 기법을 이용하여 규명할 수 있다. SHPB 기법은 1949년 Kolsky에 의해 100~10000/s 의 변형률 속도에서 기계 재료의 동적 거동 특성을 규명하기 위해 개발되었다. SHPB기법은 현재까지 금속과 세라믹 그리고 콘크리트와 같은 다양한 기계 재료의 동적인 물성치를 획득하기 위해 많은 발전을 거듭하고 있다. SHPB 기법을 사용하여 기계재료의 동적 변형거동 특성을 관찰하기 위해서는 실험이 이루어지는 동안 시편이 동적 응력 평형상태에 있어야 하며, 시편의 변형이 일정한 변형률 속도로 이루어져야 한다. 재료의 동적 변형거동 특성에 대한 신뢰할 수 있는 정확한 정보를 얻기 위해서는 이와 같은 조건을 만족하는 실험을 수행하여야 한다. 본 연구에서는 SHPB 기법에서 시편을 동적 응력의 평형상태에서 일정한 변형률로 변형 시키기 위해 Pulse shaper 기법을 사용하여 기존의 SHPB 기법을 개선하였다. Pulse shaper 기법은 시편이 동적 응력 평형상태에서 일정한 변형률 속도로 변형되도록 입력파를 조절하여 신뢰할 수 있는 정확한 기계재료의 동적 거동 특성에 대한 결과를 제공한다. 본 연구에서는 동적 하중 하에서의 뼈의 거동 특성을 알아 보기위해서 bovine femur을 시편재료로 이용하였으며 개선된 SHPB 기법과 Pulse shaper 기법을 이용하였다.
Description
제 1 장 서 론 . 1 1.1 연구 배경. 1 1.2 SHPB기법의 소개. 2 1.3 연구 배경. 2 제 2 장 실 험 이 론. 5 2.1 소개. 5 2.2 탄성파. 5 2.3 탄성파의 해석. 6 2.4 시편의 응력 8 2.5 시편에서의 변형률과 변형률 속도 9 2.6 경계조건에서의 탄성파의 전파. 11 2.7 SHPB 기법의 기본가정. 13 2.8 시편의 균일단면 변형 14 2.9 시편에서의 동적 응력 상태. 15 2.10 입력파의 조정. 16 2.11 Pulse shaper 기법의 적용. 16 제 3 장 실험 장치의 구성. 22 3.1 소개 22 3.2 하중 장치. 23 3.3 충격봉과 입력봉 그리고 출력봉. 23 3.4 직진도 유지장치. 23 3.5 충격봉 속도 및 응력파 측정장치. 24 3.6 시편. 24 3.7 Pulse shaper. 24 제 4 장 실험 결과 및 고찰. 28 4.1 소개. 28 4.2 Pulse shaper를 부착하지 않은 실험. 28 4.3 Pulse shaper를 부착한 실험. 30 4.4 변형률 속도에 따른 bone 의 동적 거동 특성 31 제 5 장 결 론. 43 참고문헌. 44
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22433
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College of Engineering(공과대학) > Mechanical Engineering(기계공학) > Theses(기계공학 석박사 학위논문)
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