• 세라미스트
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• 제8권1호
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• pp.50-56
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• 2005

압전재료의 다양한 에너지 변환특성 중 기계-전기 에너지간 변환 특성만을 이용하고자 하는 경우로 한정하고, 압전재료의 물성 및 진동모드, 재료물성 평가 사례들을 요약하여 소개하였다. 그러나 이상에서 설명한 압전특성은 매우 개략적인 개념으로서 우수한 압전 응용부품을 개발하기 위해서는 몇 가지 유의할 사항들이 있다. 압전재료는 보다 기본적으로 열에너지, 기계에너지, 전기에너지, 나아가서 Maxwell 방정식에 의해서 전기장과 연결되는 자기에너지까지도 연결시켜서 상호간에 에너지 변환작용을 일으킬 수 있는 특성을 가진다. 기계적 변형(S) = 탄성변형효과 + 역압전효과 + 열팽창효과 전기적 변위(D) = 압전효과 + 유전효과 + 초전효과 즉, 압전 응용부품이 온도변화 및 자기장이 인가되는 환경에서 순수하게 압전현상만을 이용하고자 한다면, 응용분야 및 주위환경에 따라 압전세라믹 소자가 외부 환경변화에 반응을 하지 않도록 적절한 차단 대책을 수립하여야만 한다. 그러나 압전재료의 외부 자기장의 변화에 대한 반응도는 전기장에 대한 반응도에 비해서 매우 작으므로 통상 무시해도 무방하다고 본다. 그리고 압전재료에서 전기장-기계장의 선형성이 보장되는 크기에는 뚜렷한 한계가 있고, 선형성 영역을 벗어나면 이력특성에 의해 비선형 특성 및 포화상태를 보이게 된다는 점 또한 주의하여야 할 점이다. 또한 압전특성은 Curie 온도이하에서만 존재하고, 그 이상의 온도에서는 쌍극자들의 지나친 운동성에 의해 결정 대칭성이 변하여 압전특성이 소멸되므로 사용 온도 구간에 엄격한 제한을 두어야 함도 응용에 유의하여야 한다.

• 한국도로학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.37-44
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• 2012

세계각국에서 홍수, 태풍과 같은 자연재해가 많이 발생하고 있다. 이러한 자연재해가 발생하는 원인으로는 지구온실가스 배출 증가에 따른 지구온난화 현상 때문이다. 지구온난화를 막기 위해, 많은 연구진들이 신재생에너지에 대한 연구를 진행하고 있다. 정부는 온실가스배출량을 감축하여 지구온난화를 막기위해 "저탄소 녹색성장"의 국가정책 하에서 신재생에너지와 같은 친환경적인 녹색산업에 많은 관심과 투자에 집중하고 있다. 연구팀들은 도로를 주행하는 차량으로부터 전달되는 역학전 에너지를 이용하여 신재생에너지를 생산하는 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 압전세라믹의 크기와 연결방식에 따른 연구 결과를 나타내고 있다. 또한 실험변수에 따른 압전세라믹의 파워특성을 측정하여 분석을 하였다.

• E2M - 전기 전자와 첨단 소재
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• 제2권2호
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• pp.143-151
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• 1989

본 논문은 압전 세라믹스 재료를 사용한 장방형 압전 변압기의 승압특성에 관한 연구이다. 승압기구 분석을 위하여 진동모드에 따른 주파수 Spectrum을 구동부측곽 발전부측에 대해 각각 조사하였다. 시편구조(전극길이, 두께, 폭)에 따른 진동상태와 승압비를 평가하고 압전 변압기로써 가져야 될 최적조건을 제시하였다. 또한 부하저항에 병렬로 연결된 등가손실저항과 발전부 공진임피던스 사이의 관련성을 검토하였다.

• Composites Research
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• 제12권2호
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• pp.1-9
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• 1999

외부 회로가 연결된 압전 재료는 외부 회로의 영향으로 진동수에 영향을 받는 강성(stiffness)과 손실 계수(loss factor)를 가지게 된다. 일반적으로 외부 회로는 두 종류로 구별이 된다. 저항만으로 구성된 경우와 저항과 인덕터(inductor)로 구성된 경우이다. 저항만으로 구성된 경우를 RES(resistive shunting)라 하는데, 이 경우는 압전 재료의 물성이 점탄성 물질과 비슷하게 진동수에 영향을 받는다. 그러나 점탄성 물질에 비해서 더 큰 강성을 지니고, 온도에 영향을 덜 받는다. 저항과 인덕터로 구성된 경우를 RSP(resonant circuit shunting)라 하는데, PMD(proof mass damper)와 비슷한 방법으로 구조물의 공진을 최적으로 조절할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 외부 회로와 연결된 압전 재료를 이용하여 복합재 보의 진동을 수동적으로 제어하는 실험을 수행하여 그 결과를 제시하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2006년도 추계학술대회 논문집 Vol.19
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• pp.37-38
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• 2006

본 연구에서는 압전체의 횡 진동모드를 이용한 압전 초음파 진동자를 설계 분석하였다. 이전의 란쥬반 진동자는 진동을 얻기 위하여, 복수의 원판 또는 사각판 형태의 압전 세라믹을 서로 반대 방향으로 분극하여 마주 보도록 설치한 후 전기적으로 병렬로 연결하고 상단 및 하단에 금속부을 부착하여 전체를 볼트로 조인 복잡한 구조와 큰 출력 파워를 갚는 반면, 본 연구에서는 판상형의 압전소자와 일체형 금속진동체를 이용하여 기계적 출력 파워 조절이 용이한 구조의 압전 진동자를 고안하여, 압전진동자의 횡 진동 모드를 이용함으로써 신뢰성과 정확도가 높고 진동효율이 최대가 되도록 설계하였다. 설계 개발된 압전 진동자는 진동의 크기 조절이 용이하여 일반 진동자 뿐 만 아니라, 외과 및 안과 수술에 있어서 인체조직이나 각막상피의 활성화를 유지한 상태에서 안전하게 절개 및 분리 시술용 진동자로 사용 할 수 있는 이점이있다. 압전 진동자는 유한요소법 시뮬레이션 프로그램 (ATILA 5.2.4)을 이용하여 설계를 하였으며 압전소자의 두께는 각각 0.2 mm, 0.5 mm로 제작하여 시뮬레이션 결과와 제작된 샘플의 특성을 비교하였고, 변위측정은 칼날을 결합 한 상태에서 공진 주파수대역 부근 주파수별로 측정 비교하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제8권6호
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• pp.504-511
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• 2003

본 연구에서는 네온 변압기를 세라믹 계열의 압전 변압기를 이용한 인버터식 네온관용 변압기를 제안하였다 인버터식 네온관용 압전 변압기의 주요 구성은 정류부, 발진부, 공진형 하프브릿지 인버터회로부 및 압전 변압기부로 구성 제작하였다. 네온관용 변압기는 지금까지 개발된 압전 변압기 용량 보다 대부분 큰 용량을 필요로 하고 있기 때문에 압전 변압기의 용량 증가를 위해 병렬 구동하였다 이때 병렬로 연결된 단층형 압전 변압기간 내부 임피던스 값의 불일치로 발생하는 불평형 전류를 최소화 하기 위하여 압전 변압기별로 LC 필터값을 분석 부착하여 전압의 왜곡율을 최소화 하여 안정된 정현파 출력을 구현하였다. 그리고 이를 컴퓨터 시뮬레이션 실험과 실제 네온관 부착 실험을 통하여 전력 밀도와 절연 레벨이 높고, 누설 자속이 없는 소형, 경량화된, 압전 변압기를 적용한 인버터식 네온관용 변압기가 기존의 자기식 네온관용 변압기 보다 우수함을 비교 입증하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 춘계학술대회논문집
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• pp.1204-1209
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• 2000

Many analytical and experimental studies on the active suppression of nonlinear panel flutter by using piezoceramic patch have been carried out. However, these active control methods have a few important problems; a large amount of power is required to operate actuators, and additional apparatuses such as sensor systems and controller are needed. In this study passive suppression schemes for nonlinear flutter of composite panel, which is believed to be more robust suppression system than active control in practical operation, are proposed by using piezoelectric inductor-resistor series shunt circuit. Toward the end, a finite element equation of motion for an electromechanically coupled system is proposed using the Hamilton's principle. To achieve the best damping effect, optimal shape and location of the piezoceramic(PZT) patches are determined by using genetic algorithms. The results clearly demonstrate that the passive damping scheme by using piezoelectric shunt circuit can effectively attenuate the flutter.

• Composites Research
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• 제13권5호
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• pp.50-59
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• 2000

본 논문에서는 복합재료 패널 플러터를 억제할 수 있는 두 가지 방법에 대해서 연구하였다. 첫번째, 능동제어 방법에서는 선형 제어 이론을 바탕으로 제어기를 설계하였으며 제어입력이 작동기에 가해진다. 여기서 작동기로는 PZT를 사용하였다. 두 번째, 인덕터와 저항으로 구성되어진 션트회로를 사용하여 시스템의 감쇠를 증가시킴으로써 패널 플러터를 억제할 수 있는 새로운 방법인 수동감쇠기법에 대한 연구가 수행되었다. 이 수동감쇠기법은 능동적 제어보다 강건(robust)하며 커다란 전원 공급이 필요하지 않고 제어기나 감지 시스템과 같이 복잡한 주변 기기가 필요 없이도 실제 패널 플러터 억제에 쉽게 응용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 최대의 작동력/감쇠 효과를 얻기 위해서 유전자 알고리듬을 사용하여 압전 세라믹의 형상과 위치를 결정하였다. 해밀턴 원리를 사용해서 지배 방정식을 유도하였으며, 기하학적 대변형을 고려하기 위해 von-Karman의 비선형 변형률-변위 관계식을 사용하였으며 공기력 이론으로는 준 정상 피스톤 1차 이론을 사용하였다. 4절점 4각형 평판 요소를 이용하여 이산화된 유한 요소 방정식을 유도하였다. 효율적인 플러터 억제를 위해 패널 플러터에 중요한 영향을 미치는 플러터 모드를 이용한 모드축약기법을 사용하였으며, 이를 통해 비선형 연계 모달 방정식이 얻어지게 된다. 능동적 제어 방법과 수동 감쇠 기법에 의해 수행되어진 플러터 억제 결과들을 Newmark 비선형 시분할 적분법을 통해 시간 영역에서 살펴 보았다.