Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.8
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pp.880-888
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2007
This article describes the load capability of bending piezoelectric actuators with a thin sandwiched PZT plate in association with the stored elastic energy induced by an increased dome height after a curing process. The stored elastic energy within the actuators is obtained via a flexural mechanical bending test. The load capability is evaluated indirectly in terms of an actuating displacement with a load of mass at simply supported and fixed-free boundary conditions. Additionally, a free displacement under no load of mass is measured for a comparison with an actuating displacement. The results reveal that an actuator with a top layer having a high elastic modulus and a low coefficient of thermal expansion exhibits a better performance than the rest of actuators in terms of free displacement as well as actuating displacement due to the formation of the large stored elastic energy within the actuator system. When actuators are excited at AC voltage, the actuating displacement is rather higher than the free displacement for the same actuating conditions. In addition, the effect of PZT ceramic softening results in a slight reduction in the resonance frequency of each actuator as the applied electric field increases. It is thus suggested that the static and dynamic actuating characteristics of bending piezoelectric composite actuators with a thin sandwiched PZT plate should be simultaneously considered in controlling the performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.5
s.248
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pp.576-584
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2006
The actuating performance test of plate-type piezoelectric composite actuators having different lay-up sequences was experimentally carried out at simply supported and fixed-free boundary conditions. The actuating displacement of manufactured plate-type piezoelectric composite actuator (PCA) was measured using a non-contact laser displacement measurement system. Our results revealed that the actuating displacement with increasing applied electric field at a drive frequency of 1Hz increased non-linearly at the simply supported boundary condition whereas it almost linearly increased at the fixed-free boundary condition. On the other hand, the actuating displacement of piezoelectric composite actuator depended on the applied electric field in a drive frequency range from 1Hz to 10Hz, but its behavior was different in higher drive frequencies beyond 15Hz due to the occurrence of resonance. On the basis of the above experimental results, the bending characteristics of PCAs revealed different behavior depending on applied electric fields, drive frequencies as well as boundary conditions. Therefore, by investigating drive frequencies together with applied electric fields, actuating performance can be easily controlled and PCAs which were fabricated for this study will be sufficiently applied to pumping devices.
In this paper, we present a design for a retraction-type actuator (ReACT) that has the characteristics of both thermomechanical metamaterials and displacement amplification mechanisms. The ReACT consists of an actuating bar, a diamond-shaped displacement amplification (DA) structure, and a slot for loading thin-film heaters formed through the actuating bar. When power is supplied to the thin film heater, the actuating bars contacting the heater thermally expand, and the diamond-shaped DA structures retract in the longitudinal direction. The performance characteristics of the ReACT, such as temperature distribution and retracting displacement, were calculated with thermomechanical analysis methods using the finite element method (FEM). Subsequently, the ReACTs were fabricated using a polymer-based 3D printer that can easily execute complex structures, and the performance of the ReACT was evaluated through repeated tests under various temperature conditions. The results of the performance evaluation were compared with the results of the FEM analysis.
This study presents the static and dynamic actuating performances of a bending piezoelectric actuator with a thin sandwiched PZT plate under a static load. The stored elastic energy within the actuators which occurs during a curing process is obtained through a flexural bending test. An actuating performance is evaluated in terms of an actuating displacement at the simply supported condition. The results reveal that an actuator that consists of a top layer having a high elastic modulus and a low coefficient of thermal expansion exhibits a better performance than the rest of actuators due to the formation of the large stored elastic energy within the actuator system. When actuators are excited at the alternating current voltage, the effect of PZT ceramic softening results in a slight reduction in the resonance frequency of each actuator as the applied electric field increases. It is thus suggested that the static and dynamic actuating characteristics of bending piezoelectric actuators with a thin sandwiched PZT plate should be simultaneously considered in controlling their performances.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.127-131
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2008
This paper deals with the performance evaluation of piezoelectric unimorph actuator. In the unimorph design, the thickness ratio of substrate to piezoelectric material and the elastic modulus ratio of substrate to piezoelectric material are important parameters. There exists only one structural configuration that satisfies the optimal condition among them, and actuators using that configuration exhibit better actuating displacements. Another design parameter is the piezoelectric coefficient which can be improved due to the induced tensile stress and voltages. The application of the tensile stress to the piezoelectric material makes it get higher piezoelectric coefficient and the total displacement performance of the unimorph actuator is improved. Finally, the piezoelectric actuator system with spring elements is fabricated and it shows higher actuating displacement capability.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.17
no.4
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pp.448-452
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2004
The micromachined variable optical attenuator(VOA) was presented in the paper. The VOA has two single mode fiber(SMF) aligned with free space and symmetric parallel plate actuator with microshutter, which can control a amount of light by driving the actuator. In the paper, analysis on driving performances of the VOA was performed and can be reduced threshold voltage through the decreasing displacement actuating range. This paper presents a VOA that is fabricated using bosch deep silicon etching process with silicon on insulator(SOD wafer. The VOA consists of driving electrode, ground electrode, actuating microshutter, and mechanical stopper. In this VOA, actuating shutter is driven by electrostatic force and the threshold voltage is close to 28V, 46V come along with the spring width of 5${\mu}{\textrm}{m}$, 7${\mu}{\textrm}{m}$ respectively. Attenuation range is measured from 2.4㏈ to 16.7㏈.
Kim, Pyunghwa;Han, Chulhee;Suresh, Kaluvan;Park, Choon-Yong;Shin, Cheol-Soo;Choi, Seung-Bok
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.5
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pp.511-517
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2016
This paper presents dynamic characteristics of a new actuator using magneto-rheological(MR) fluid between two electrode type coils. The concept of the actuator is to strengthen the force due to the magnetic field produced by the electrode-coil for MR fluid. The amount and direction of current input to the electrode-coils decide the characteristics of contraction-mode and extension-mode. For achieving the required actuating displacement and actuating force, the yield stress of the MR fluid between two electrode-coils is precisely changed by the input current. In this work, the MR fluid is operated in squeeze mode. The experimental results shown in this paper depict that it can be applied in the micro-level displacement and vibration control system.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.4
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pp.161-167
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2002
For the purpose of applying to micro-actuator, thermal properties and displacement of electrostrictive polyurethane(PU) elastomers have been measured. In order to understand an effect of PU component, crosslinking agent are controlled by 0.5 wt% and 1 wt%. DMPA and anther chain extenders were used. PU sample that chain extenders are DMPA is added NaOH for comprehension of effect of ionic groups. The deposited electrode sire on PU films is equal to acrylic holder size when the displacement was measured. Dynamic response according to frequency, displacement and recovery time according to PU thickness were measured. 1 wt% crosslinking agent contents PU samples have higher displacement and lower recovery time than 0.5 wt% crosslinking agent contents PU. If the PU thickness is increased, the actuating voltage for generating of same displacement is increased, too.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.12
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pp.64-72
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2003
This paper presents a small loading and positioning device using VCM (voice coil motor). The developed device consists of a VCM-based linear actuating system, a capacitance displacement sensor and a cantilever deflection sensing system. The trust force of the VCM proportional to applied current moves the column supported on two pairs of parallel leaf springs. The infinitesimal displacement of moved column is detected by capacitance displacement sensor with a resolution of 0.1nm and a repeatability of 1nm. Also, a micro cantilever with known stiffness (200N/m), which is mounted on the end of the column, is used as a force sensor to detect the load applied to a specimen. After the cantilever contacts with the specimen, the deflection of cantilever and the load applied to the specimen are measured by using an optical lever system which consists of a diode laser, a mirror and a PSD (position sensitive detector). In this paper, an experimental system was constructed and its actuator and sensing parts were tested and calibrated. Also, the constructed system was applied to the indentation experiment and the load-displacement curve of aluminum was obtained. Experimental results showed that the developed device can be applied for performing nano indentation.
This paper is concerned with the performance evaluation and comparison analysis fur several kinds of LIPCA (Lightweight Piezo-Composite Actuator) device system. LIPCA device system is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer was sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. To investigate the effect of lay-up structure of the LIPCA on the actuating performance, four kinds of actuator with different lay-up stacking sequence were designed, manufactured, and tested. The performance of each actuator was evaluated using an actuator test system consisted of an actuator supporting jig, a high voltage actuating power supplier, and a non-contact laser measuring system. From the comparison of the performance of the LIPCA prototypes, it was found that the actuator with higher coefficient of unimorph actuator can generate larger actuating displacement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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