Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
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Isogeometric Analysis of Electrostatic Adhesive Forces in Two-Dimensional Curved Electrodes

2차원 곡면형 전극에서 정전기 흡착력의 아이소-지오메트릭 해석

  • Oh, Myung-Hoon (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Seoul National University) ;
  • Kim, Jae-Hyun (DIT Center, Samsung Electronics) ;
  • Kim, Hyun-Seok (Alternative Fuels and Power System Research Center, KRISO) ;
  • Cho, Seonho (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Seoul National University)
  • 오명훈 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 김재현 (삼성전자 DIT센터) ;
  • 김현석 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소 친환경연료추진연구센터) ;
  • 조선호 (서울대학교 조선해양공학과)
  • Received : 2021.05.28
  • Accepted : 2021.06.07
  • Published : 2021.08.31
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Abstract

In this study, an isogoemetric analysis (IGA) method that uses NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) basis functions in computer-aided design (CAD) systems is employed to account for the geometric exactness of curved electrodes constituting an electro-adhesive pad in electrostatic problems. The IGA is advantageous for obtaining precise normal vectors when computing the electro-adhesive forces on curved surfaces. By performing parametric studies using numerical examples, we demonstrate the superior performance of the curved electrodes, which is attributed to the increase in the normal component of the electro-adhesive forces. In addition, concave curved electrodes exhibit better performance than their convex counterparts.

본 논문에서는 정전기 흡착패드를 구성하는 곡면형 전극의 기하학적 엄밀성을 고려하기 위해 정전기 문제에 대하여 CAD에서 사용하는 NURBS 기저함수를 직접 사용하는 아이소-지오메트릭 해석 기법을 도입하였다. 정전기 흡착력을 곡선 접촉면에서 구하는데 법선 벡터의 영향이 크므로 엄밀한 기하형상을 고려하는 아이소-지오메트릭 해석이 강점을 갖는다. 수치 예제를 통해 곡면과 평면에서 반복 구조의 유무에 따른 파라메터 연구를 수행하여 곡면형 전극의 흡착력이 좋은 성능을 가짐을 보였다. 정전기 흡착력의 성분을 분석하였을 때 정전기 흡착력의 차이는 법선 성분 전기장의 증가로 인한 것으로 파악되었다. 결론적으로 곡면형 전극에서도 전극 사이 거리가 가까워지는 아래로 볼록인 경우가 가장 성능이 좋고, 위로 볼록인 경우에는 성능이 가장 낮음을 보였다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 해양수산부 국가R&D사업 "전기추진 차도선 및 이동식 전원공급시스템개발(2/5)"로 수행된 연구결과입니다(PMS4700).

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