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격자식 미세구조 성장 모델을 이용한 다결정 박막 소재의 유한 요소 해석
Lattice based Microstructure Evolution Model for Monte Carlo Finite Element Analysis of Polycrystalline Materials

최재환   (오하이오 주립대, 기계공학과  ); 김한성   (오하이오 주립대, 기계공학  ); 이준기   (오하이오 주립대, 기계공학  ); 나경환   (한국생산기술연구원CC0186930  );
  • 초록

    The mechanical properties of polycrystalline thin-films, critical for Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) components, are known to have the size effect and the scatter in the length scale of microns by the numbers of intensive investigation by experiments and simulations. So, the consideration of the microstructure is essential to cover these length scale effects. The lattice based stochastic model for the microstructure evolution is used to simulate the actual microstructure, and the fast and reliable algorithm is described in this paper. The kinetics parameters, which are the key parameters for the microstructure evolution based on the nucleation and growth mechanism, are extracted from the given micrograph of a polycrystalline material by an inverse method. And the method is verified by the comparison of the quantitative measures, the number of grains and the grain size distribution, for the actual and simulated microstructures. Finite element mesh is then generated on this lattice based microstructure by the developed code. And the statistical finite element analysis is accomplished for selected microstructure.


  • 주제어

    Nucleation and Growth .   Kinetics Parameter .   Grain Size Distribution .   Polycrystalline Thin-Film .   Lattice Model.  

  • 참고문헌 (12)

    1. Monte Carlo simulation of effective elastic constants of polycrystalline thin films , R.L.Mullen;R.Ballarini;Y.Yin;A.H.Heuer , Acta Materialia / v.45,pp.2247-2255,
    2. The atomic limit of finite element modeling in MEMS: Coupling of length scales , R.E.Rudd , Analog Integrated Circuits and Signal Processing / v.39,pp.17-26,
    3. The scaling state in two-dimensional grain growth , P.Mulheran , Acta Metallurgica et Materialia / v.42,pp.3589-3593,
    4. Specimen size effect on tensile strength of surface-micromachined polycrystalline silicon thin-films , T.Tsuchiya;O.Tabata;J.Sakata;T.Yasunori , J. MicroElectroMechanical Syst. / v.7,pp.106-113,
    5. Lattice model for kinetics and grain-size distribution in crystallization , M.Castro;A.Sanchez;F.Dominguez-Adame , Physical Review B / v.61,pp.6579-6586,
    6. The relation between single crystal elasticity and the effective elastic behavior of polycrystalline materials: theory, measurement and computation , J.M. den Toonder;J.A.W. van Dommelen;F.P.T.Baaijens , Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering / v.7,pp.909-928,
    7. Micromechanical properties of amorphous carbon coatings deposited by different deposition techniques , B.K.Gupta;B.Bhushan , Thin Solid Films / v.270,pp.391-398,
    8. Crystallization in amorphous silicon , K.Zellama;P.Germain;S.Squelard;J.C.Bourgoin , J. Appl. Phys. / v.50,pp.6995-7000,
    9. A.Getis;B.Boots , Models of Spatial Processes / v.,pp.,
    10. Measurement of mechanical properties for MEMS materials , T.Yi;C.J.Kim , Meas. Sci. Technol. / v.10,pp.706-716,
    11. On the distribution of cell areas in a voronoi network , D.Weaire;J.P.Kermode;J.Wejchert , Philosophical Magazine B / v.53,pp.L101-L105,
    12. Random subdivisions of space into crystals , E.N.Gilbert , The Annals of Mathematical Statistics / v.33,pp.958-972,
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. 2005. "" Food science and biotechnology, 14(6): 818~822     

 저자의 다른 논문

  • 나경환 (24)

    1. 1997 "회전성형법에서 Rotary Powder Compacting 공정에 관한 특성 연구" 소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics 6 (3): 227~232    
    2. 1998 "냉간 회전성형법에 의한 분말성형체의 고밀도화 연구" 소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics 7 (5): 426~431    
    3. 1998 "로터리 스웨이징 공정의 성형성 연구" 소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics 7 (5): 432~438    
    4. 1998 "이중복합봉 정수압 압출시 접합면 거동에 관한 연구" 소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics 7 (1): 66~71    
    5. 1999 "알루미늄 원통컵의 스피닝 성형성에 영향미치는 작업조건 연구" 소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics 8 (5): 465~470    
    6. 2000 "다단 디프 드로잉 공정의 설계지원 시스템 개발" 소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics 9 (6): 638~643    
    7. 2000 "자동차용 Auto Transmission 핵심부품 개발을 위한 Flow Forming 공정의 성형성 연구" 산학기술성공학회논문지 = Journal of the Korean Academic Industrial Society 1 (2): 21~26    
    8. 2000 "소성가공에 의한 미세부품 성형기술" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 17 (7): 14~19    
    9. 2001 "스피닝공정에 있어서 스프링백 억제방안" 한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society of Precision Engineering 18 (9): 186~191    
    10. 2001 "MEMS 기술과 정밀기계산업" 電子工學會誌 = The journal of Korea Institute of Electronics Engineers 28 (3): 30~42    

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