과제구성현황

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연구과제명 탄성 극한물성 시스템 연구

연구책임자

소속 기계항공공학부
전화 02-880-7154
이메일 yykim@snu.ac.kr
연구분야 탄성 극한물성 물질, 고정밀 탄성파 진단, 오그제틱 물질, 탄성 비선형 극한물성
공동연구자
  • 이진우(아주대학교), 김도년(서울대학교), 윤길호(한양대학교),
연구목표 ■ 본 과제에서는 탄성 파동에너지 제어 분야에서의 혁신적인 도약을 위하여, 기존의 물질과는 다른 탄성 극한물성 물질에 기반한 새로운 파동에너지 제어 패러다임을 제안하고자 한다.

본 과제의 핵심인 탄성 극한물성 물질은 기존의 물질과는 다른 파동 현상을 보이는 인위적 물질로, 기존의 물질이 지닌 파동 한계 이상의 파동 시스템을 구현할 수 있다.

이를 통하여 기술적 포화 상태의 탄성 파동 분야에 기술적 도약을 이룩하고자 한다.

연구내용 ■ 본 과제에서는 탄성 극한물성 기반의 새로운 파동에너지 제어 기술을 구현하기 위하여 크게 탄성파/진동/극저주파/비선형의 분야에서의 탄성 극한물성 시스템 연구를 수행하고자 한다.

- 탄성파 대역에서는 탄성 초음파 기반 비파괴 검사 분야에서의 다양한 이슈를 해결할 수 있는 탄성파 극한물성 물질을 연구한다. 탄성파 대역의 극한물성 물질을 구현하기 위하여 공진 등의 다양한 현상에 기반한 이론 및 설계 기술을 개발하고 탄성파 극한물성 물질 기반 시스템의 성능 평가를 위한 실험을 수행한다. 결과적으로 탄성파 비파괴 분야에서의 지속적인 이슈인 해상도와 출력 문제를 해결할 수 있는 새로운 탄성 극한물성 시스템을 제안한다.

- 진동 분야에서는 저주파 진동에너지 차단과 진동에너지의 전기 에너지 변환을 위한 에너지 수확장치의 효율 증가에 집중하여 연구를 수행한다. 탄성 극한물성 물질이 갖는 음의 밀도/음의 탄성률을 기반으로 하여 진동 에너지를 차단할 수 있는 새로운 탄성 극한물성 물질에 대한 신개념 설계 기술을 개발한다. 또한 진동에너지를 전기에너지로 변환하는 진동에너지 수확 장치의 효율을 높이기 위한 극한물성 시스템을 제안하고 이를 검증한다.

- 극저주파 분야에서는 최근 각광받고 있는 오그제틱 시스템에 대한 연구를 수행한다. 오그제틱 물질은 인위적으로 만들어진, 음의 푸아송비를 갖는 물질로 그 독특한 기계적 특성으로 인해 충격 흡수 장비나 심혈관 메디컬 장치, 약물전달 시스템 등의 분야에서 각광받고 있다. 본 연구에서는 오그제틱 시스템 설계 기술을 개발하고 이를 3차원으로 확장하고자 한다.

- 비선형 분야는 탄성 극한물성 분야에서 가장 도전적인 분야로 전세계적으로도 극히 일부 연구만이 수행되고 있는 분야이다. 특히 점탄성/초탄성이나 유동 기반 진동 등의 비선형 시스템에 대한 파동에너지 제어 기술은 충격 흡수나 철도운송 등의 다양한 분야에서 지속적으로 요구되고 있다. 이러한 비선형 분야에서의 새로운 특성을 보이는 극한물성 시스템을 해석하고 설계하는 기술을 개발하고 이를 실험적으로 검증하고자 한다.

기대효과 ■ 본 과제는 기술적, 경제적으로 그 파급효과가 매우 클 것으로 예상한다.

먼저 현재 기술적인 포화 상태에 다다른 탄성 파동에너지 제어 분야에서의 새로운 기술적 혁신을 불러올 것이라 예상한다. 현재 탄성 파동 분야에서는 장기간 새로운 기술적 혁신이 나타나지 못하고 있으며 점차 사회적인 요구를 충족하기 어려워지고 있다. 본 과제의 연구는 이러한 현 기술의 한계를 넘어 새로운 탄성 파동에너지 제어 방향을 제시, 탄성파와 진동, 극저주파 등 탄성파 전 범위에서의 기술적 혁신을 불러올 것으로 예상한다.

경제적 파급 효과로는 해당 분야의 시장 선점 효과를 통하여 높은 부가가치를 갖는 시장을 선점할 수 있을 것으로 예상한다. 탄성 극한물성 시스템에 대한 연구는 고도의 부가가치를 갖는 분야로 해당 분야의 신속한 선점을 요구하는 보고서가 다수 발간되고 있다. 이와 같은 고부가가치 기술을 확보하고 관련 시장을 선점하여 해당분야 기술 선진국으로서 높은 경제적 효과를 얻을 수 있을 것이다.

논문

번호 제목 년도 단계
38 Experiments of wave cancellation with elastic phononic crystal 201612 2단계 1차년도
37 Effective mass density based topology optimization of locally resonant acoustic metamaterials for bandgap maximization 201611 2단계 1차년도
36 Tuned double-coil EMATs for omnidirectional symmetric mode lamb wave generation 201610 2단계 1차년도
35 Exact matching at a joint of multiply-connected box beams under out-of-plane bending and torsion 201610 2단계 1차년도
34 Topology optimization of planar linkage systems involving general joint types 201610 2단계 1차년도
33 Quasi-static stop band with flexural metamaterial having zero rotational stiffness 201609 2단계 1차년도
32 Effective material parameter retrieval of anisotropic elastic metamaterials with inherent nonlocality 201609 2단계 1차년도
31 An omnidirectional shear-horizontal guided wave EMAT for a metallic plate 201607 2단계 1차년도
30 An omnidirectional shear-horizontal guided wave EMAT for a metallic plate 201607 1단계 2차년도
29 A direct hybrid finite elementwave based modelling technique for efficient analysis of poroelastic materials in steady-state acoustic problems 201606 1단계 2차년도
28 Generation of omni-directional shear-horizontal waves in a ferromagnetic plate by a magnetostrictive patch transducer 201606 1단계 2차년도
27 Finite element beam analysis of tapered thin-walled box beams 201605 1단계 2차년도
26 Extreme Stiffness Hyperbolic Elastic Metamaterial for Total Transmission Subwavelength Imaging 201604 1단계 2차년도
25 Structural Basis for Elastic Mechanical Properties of the DNA Double Helix 201604 1단계 2차년도
24 Elastic metamaterials for independent realization of negativity in density and stiffness 201603 1단계 2차년도
23 Adjoining of Negative Stiffness and Negative Density Bands in an Elastic Metamaterial 201603 1단계 2차년도
22 Finite element modeling of concentric-tube continuum robots 201603 1단계 2차년도
21 Dispersion analysis with 45 degrees-rotated augmented supercells and applications in phononic crystal design 201603 1단계 2차년도
20 Add-on unidirectional elastic metamaterial plate cloak 201602 1단계 2차년도
19 Effects of slits in a patch of omnidirectional Lamb-wave MPT on the transducer output 201602 1단계 2차년도
18 Layer-by-Layer Electrodeposited Reduced Graphene Oxide-Copper Nanopolyhedra Films as Efficient Platinum-Free Counter Electrodes in High Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells 201601 1단계 2차년도
17 Guided wave scattering analysis for a plate with arbitrarily shaped elastic inclusions using the T-Matrix method 201601 1단계 2차년도
16 Characterization of anisotropic acoustic metamaterial slabs 201601 1단계 2차년도
15 Anisotropic Patterning to Reduce Instability of Concentric-Tube Robots 201512 1단계 2차년도
14 Geometrically nonlinear finite element analysis of functionally graded 3D beams considering warping effects 201511 1단계 2차년도
13 Topology optimization considering fatigue life in the frequency domain 201510 1단계 2차년도
12 Broadband sound blocking in phononic crystals with rotationally symmetric inclusions 201509 1단계 2차년도
11 Elastic metamaterial-based impedance-varying phononic bandgap structures for bandpass filters 201509 1단계 2차년도
10 Review of magnetostrictive patch transducers and applications in ultrasonic nondestructive testing of waveguides 201509 1단계 2차년도
9 Analysis of magnetic interferences in ultrasonic magnetostrictive patch transducers 201508 1단계 1차년도
8 Maximization of operating frequency ranges of hyperbolic elastic metamaterials by topology optimization 201507 1단계 1차년도
7 Dispersion suppression of guided elastic waves by anisotropic metamaterial 201507 1단계 1차년도
6 Modeling of a partially debonded piezoelectric actuator in smart composite laminates 201507 1단계 1차년도
5 Design of phononic crystals for self-collimation of elastic waves using topology optimization method 201506 1단계 1차년도
4 Topology optimization for three-phase materials distribution in a dissipative expansion chamber by unified multiphase modeling approach 201504 1단계 1차년도
3 Optimal rigid and porous material distributions for noise barrier by acoustic topology optimization 201501 1단계 1차년도
2 Transient quasi-static Ritz vector TQSRV method by Krylov subspaces and eigenvectors for efficient contact dynamic finite element simulation 201411 1단계 1차년도
1 A small-form-factor piezoelectric vibration energy harvester using a resonant frequency-down conversion 201410 1단계 1차년도

특허

번호 산업재산권명 출원/등록 국가 년도 단계
5 하이퍼렌즈 메타물질을 이용한 방패 1 20160922 2단계 1차년도
4 소음 감쇄용 다공성 패널 1 20160902 2단계 1차년도
3 Omni-directional shear-horizontal wave electromagnetic acoustic transducer(전 방향 전단파 전자기 음향 트랜스듀서) 2 20150401 1단계 1차년도
2 클로킹 패치(Clocking Patch) 1 20150225 1단계 1차년도
1 소음 감쇄용 다공성 패널 및 그 제조방법 1 20150116 1단계 1차년도

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