In this paper, piezoelectric composite materials of 1-3 connectivity were prepared by using "dicing-filling" technique with PZT ceramics and epoxy polymers, and the dependence of piezoelectric properties on the thickness of specimens was investigated. In case that the PZT volume percent is 18.1%, according to an increment of thickness, the dielectric constant of composites( 33) is unchangeable, which is about 200, the piezoelectric coefficient (d33) is somewhat increased, which is about 240-280 (PC/N) and the electromechanical coupling factor of thickness mode(kt) is proportioned, but radial mode(kp) is constant.
In this study, the characteristics of Ultrasonic Transducer fabricated with PZT-Polymer 1-3 type piezoelectric ceramic/polymer composite are investigated. 3-D underwater object restoration using the self-made ultrasonic transducer and modified SCL(Simple Competitive Learning) neural network was presented. The ultrasonic transducer was satisfied with the required condition of commerical ultrasonic transducer in underwater. The modified SCL neural network using the acquired object data $16\times16$ low resolution image was used for object restoration of $32\times32$ high resolution image. The experimental results have shown that the ultrasonic transducer fabricated with PZT-Polymer 1-3 type piezoelectric ceramic/polymer composite could be applied for SONAR system.
In this study, the piezoelectric composites with 1-3 connectivity have been studied. A piezoelectric ceramics PZT prepared by Flux method is used as a filler in a epoxy Eccogel polymer matrix. The piezoelectric coefficients were increased as PZT volume% increases, and resonance frequency was moved to lower frequency as the sample thickness increased. The acoustic matching impedance with water is lowered than single phase PZT ceramics.
In this paper, we fabricated flexible CNT/PVDF (carbon nanotube / polyvinylidene fluoride) piezoelectric composite device with flexible poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) conducting polymer electrode using spray coating method. We tried to improve the piezoelectric performance from the CNT/PVDF composite film by enhancing electrical conductivity of the PEDOT:PSS electrodes. Electrical conductivity of the PEDOT:PSS electrode was enhanced by dipping it into the EG (ethylene glycol) solvent. Changes of chemical composition of the PEDOT:PSS electrode were analyzed with the dipping time by XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) in terms of oxygen (O1s). Finally, Piezoelectric performances such as output voltage and current were measured with the dipping time. We found that enhanced electrical conductivity of the PEDOT:PSS electrodes resulted in improvement of the piezoelectric performance of the CNT/PVDF films.
Recently, it is required that acoustic transducers for underwater detection and communication sensor have wide bandwidth and low operating frequency. In this research, the new acoustic transducer is proposed. This transducer is tonpilz type, and made of 1-3 piezoelectric composites as a driving parts. The developed transducer is evaluated the TVR(transmission voltage response) and RVS(receiving voltage sensitivity) characteristics around $4{\sim}14\;kHz$ frequency range and is compared to conventional tonpilz transducer made of solid piezoelectric ceramics as a driving parts. The resonance frequency of the developed transducer is decreased by 30% and the -3 dB bandwidth is increased by 90%, compared to conventional transducer with same dimensions. The value of TVR is decreased by 9 dB and The value of RVS is the same at resonance frequency.
This study was conducted to develop an non-contact ultrasonic transducer for measurement of fruit firmness. The center frequency of non-contact ultrasonic transducer was 500 kHz. As an active element of non-contact ultrasonic transducer, the 1-3 piezoelectric composite material was selected. That material has high piezoelectric properties such as electro-mechanical coupling factor, $k_t$ and piezoelectric voltage constant, $d_{33}$ and also that material has low acoustical impedance which enables to matching the acoustical impedances between piezoelectric material and air. As a front matching material between 1-3 piezoelectric composite material and air, various kinds of paper with different thickness were tested. To control the dead-zone of the fabricated non-contact ultrasonic transducer, the backing material composed of epoxy resin and tungsten powder were made and evaluated. The fabricated non-contact ultrasonic transducer for fruit showed that the cneter frequency, bandwidth and beamwidth were approximately 480 kHz, 30 % and 12 mm, respectively. It was concluded that non-contact measurement of apple firmness would be possible by using the fabricated non-contact ultrasonic transducer.
본 연구는 압전 변환기를 이용하여 탄소/에폭시 복합재료 보의 초기 균열 길이에 대한 정량적인 예측방법을 제시하였다. 구조물의 손상에 대한 비파괴평가기술에 대한 관심은 증가하고 있다. 본 연구에서는 시간-주파수 영역에서 웨이블렛 변환에 기초한 신호처리기술로 손상 유무와 손상평가를 위한 방법을 제시하였다. 한 쌍의 피에조 재료를 이용하여 탄소/에폭시 복합재료 보의 동적응답을 제안한 신호처리 기술로 협대역 가진하에서 연구하였다.
New active "intelligent" structural systems with integrated self-sensing, diagnosis, and control capabilities can lead to a new design dimension for the next generation high-performance structures and mechanical systems. However, temperature effects to the piezoelectric transducers are not fully understood. This paper is concerned with a mathematical modeling and analysis of a laminated piezothermoelastic cylindrical shell composite exposed to mechanical, electric, and thermal fields. Generic shell equations and solution procedures are derived. Contributions of spatial and time components in the mechanical, electric, and temperature excitations are discussed, and their analytical solutions derived. A laminated cylindrical shell composite with fully distributed piezoelectric layers is used in a case study; its multi-field step and impulse responses are investigated. Analyses suggest that the fully distributed actuators are insensitive to even modes due to load averaging and cancellation. Accordingly, these even modes are filtered from the total response and only the modes that are combinations of m = 1, 3, 5, ${\cdots}$ and n = 1, 3, 5, ${\cdots}$ participating in dynamic response of the shell.
Ola Ragb;Mohamed Abd Elkhalek;M.S. Matbuly;Mohamed Salah;Mohamed Eltaher;Tharwat Osman
Steel and Composite Structures
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제53권1호
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pp.1-27
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2024
This work presents the effectiveness of differential quadrature shape functions (i.e., Lagrange interpolation polynomial, Cardinal sine function, Delta Lagrange kernel and Regularized Shannon kernel) in the solution of nonlinear vibration of multilayers piezoelectric plates with nonlinear elastic support. A piezoelectric composite laminated plate is rested on nonlinear Winkler and Visco-Pasternak elastic foundations problems. Based on 3D elasticity theory and piezoelectricity, the governing equations of motion are derived. Differential quadrature methods based on four shape functions are presented as numerical techniques for solving this problem. The perturbation method is implemented to solve the obtained nonlinear eigenvalue problem. A MATLAB code is written for each technique for solving this problem and extract the numerical results. To validate these methods, the computed results are we compare with the previous exact results. In addition, parametric analyses are offered to investigate the influence of length to thickness ratio, elastic foundation parameters, various boundary conditions, and piezoelectric layers thickness on the natural frequencies and mode shapes. Consequently, it is discovered that the obtained results via the proposed schemes can be applied in structural health monitoring.
압전 세라믹 PZT와 고분자 매질인 에폭시 수지를 사용하여 PZT 체적비가 75%인 1-3 압전복합변환자를 dicing-filling 방법으로 제작하여 임피던스 분석과 펄스 반사법으로 수신된 초음파신호의 스펙트럼 분석을 통하여 전기 및 음향 특성을 조사하였다. 제작된 1-3 압전복합변환자의 경진동 모드 및 두께진동 모드의 기본진동수는 각각 0.95MHz와 1.63MHz이었고, 측면진동 모드는 관찰되지 않았다. 두께진동 모드에 대한 전기기계 결합계수는 PZT 단일상(0.52)보다 큰 0.54로 수신효율이 향상되었음을 알 수 있었다. 그리고 기계적 품질계수(Q)는 PZT 단일상(80)보다 상당히 작은 1.5이었고, 1-3 압전복합변환자의 축상 분해능이 크게 향상되었음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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