Square beam type piezoelectric vibrating gyro is developed for the measurement of angular velocity, which is compact, small in size and mass- producible. It features that three pieces of piezoelectric ceramics and bonded onto one face of equilateral square bar type gyro head. Two of them are used as sentuators which drive the gyro head and measure Coriolis force. The third piece is used for the feedback signal in order to resonate the gyro head and measure Coriolis force. The third piece is used for the feedback signal in order to resonate the gyro head with its fundamental natural frequency. Matching two fundamental natural frequencies in the gyro head with its driving frequency is found critical in the design of vibration gyro. Calibration results show that the vibrating gyro developed has the dynamic characteristics of first-order system within the frequency range of interest, which can be easily compensated by a lead compensator.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.121-126
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2007
In this paper the vibration system is consisted of a rotating cantilever pipe conveying fluid and a tip mass. The equation of motion is derived applying a modeling method that employs hybrid deformation variables. 'TI1e influences of the rotating angular velocity, mass ratio and the velocity of fluid flow on the stability of a cantilever pipe are studied by the numerical method. The effect of tip mass on the stability of a rotating cantilever pipe are also studied. The influences of a tip mass, the velocity of fluid the angular velocity of a cantilever pipe and the coupling of these factors on the stability of a cantilever pipe are analytically clarified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.8
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pp.2516-2523
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1996
The equations of motion for rotating contilever beams with a concentrated mass loated in an arbitrary position are derived. For the modeling of the concentrated mass the Dirac delta function is used for the mass density function. Parametric studies are performed with five dimensionless variables ; natural frequencies, angular velocity, hub radius, concentrated mass, and the mass location. The concentrated mass, whereverit may locate, lowers the natural frequencies of a stationaly beam. However, when the beam rotates, the natural frequencies(if they increase or decrease) are dictated by the location of the concentrated mass.
This paper is concerned with the trajectory tracking and vibration suppression of a single-link flexible arm by using piezoelectric materials. The dynamics of a single flexible arm with PZT patches as sensor and actuator is derived using extended Hamilton's principle. Resulting equations show that the coupled beam dynamics including beam vibration and its rigid in-plane rotation takes place in two different time scales. By using singular perturbation theory, the system dynamics is divided into two subsystems. Then, a composite control scheme is elaborated that makes the orientation of the arm track a desired trajectory while suppressing its vibration. The proposed controller has two parts: one is a tracking controller designed for the slow (rigid) subsystem, and the other one is a stabilizing controller for the fast (flexible) subsystem. The outputs considered for the system are angular position of the hub and voltage of the sensor mounted on the structure. To avoid requiring further measurements of beam vibration and also angular velocity of the hub for the fast and slow control laws, respectively, two sliding mode observers for estimating the unknown states are also designed.
In this article the frequency response of magneto-flexo-electric rotary porous (MFERP) nanobeams subjected to thermal loads has been investigated through nonlocal strain gradient elasticity theory. A quasi-3D beam model beam theory is used for the expositions of the displacement components. With the aid of Hamilton's principle, the governing equations of MFERP nanobeams are obtained. Further, administrating an analytical solution the frequency problem of MFERP nanobeams are solved. In addition the numerical examples are also provided to evaluate the effect of nonlocal strain gradient parameter, hygro thermo environment, flexoelectric effect, in-plane magnet field, volume fraction of porosity and angular velocity on the dimensionless eigen frequency.
Two active/passive vibration dampers were designed to control a cantilever beam first mode of vibration. The active element was a piezoelectric polymer, polyvinlidene fluoride (PVDF). The passive damping was provided by the application of a viscoelastic layer on the surface of the steel beam. Two substantially different damper configurations were designed and tested. One damper consisted of a piezoelectric actuator bonded to one face of the beam, with a viscoelastic layer applied to the other surface of the beam. The second one was composed of a layer viscoeastic layer with one surface bonded to the beam, and with other being constrained by nine piezoelectric actuators connected in parallel. A control law based on the sign of the angular velocity of the cantilever beam was implemented to control the beam first mode of vibration. The piezoelectric sensor output was digitally differentiated to obtain the transverse linear velocity, and its sign was used in the control algorith. Two dampers provided the system a damping increase of a factor of four for the first damper and three for the second damper. Both dampers were found to work well at low levels of vibration, suggesting that they can be used effectively to prevent resonant vibrations in flexible structure from initiating and building up.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.19
no.2
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pp.81-87
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2016
This paper presents a new approach to control of stable motion of single wheel driving robot system of a pitch that is controlled by an in-wheel motor and a roll that is controlled by a reaction wheel. This robot doesn'thave any actuator for a yaw axis control, which makes the derivation of the dynamics relatively simple. The Lagrange equations was applied to derive the dynamic equations of the one wheel driving robot to implement the dynamic speed control of the mobile robot. To achieve the real time speed control of the unicycle robot, the sliding mode control and optical regulator are utilized to prove the reliability while maintaining the desired speed tracking performance. In the roll controller, the sigmoid-function based robust controller has been adopted to reduce the vibration by the situation function. The optimal controller has been implemented for the pitch control to drive the unicycle robot to follow the desired velocity trajectory in real time using the state variables of pitch angle, angular velocity, angle and angular velocity of the driving wheel. The control performance of the control systems from a single dynamic model has been illustrated by the real experiments.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, G.A.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.6
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pp.691-714
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2017
Rotating fluid induced vibration and instability of embedded piezoelectric nano-composite separators subjected to magnetic and electric fields is the main contribution of present work. The separator is modeled with cylindrical shell element and the structural damping effects are considered by Kelvin-Voigt model. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are used as reinforcement and effective material properties are obtained by mixture rule. The perturbation velocity potential in conjunction with the linearized Bernoulli formula is used for describing the rotating fluid motion. The orthotropic surrounding elastic medium is considered by spring, damper and shear constants. The governing equations are derived on the bases of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The nonlinear frequency and critical angular fluid velocity are calculated by differential quadrature method (DQM). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the stability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency and critical angular fluid velocity are increased.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.348-353
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2008
A vibration analysis for a rotating cantilever beam with the tapered cross section is presented in this study. The stiffness changes due to the stretching caused by centrifugal inertia forces when a tapered cantilever beam rotates about the axis perpendicular to its longitudinal axis. When the cross section of cantilever beam are assumed to decrease constantly, the mass and stiffness also change according to the variation of the thickness and width ratio of a tapered cantilever beam. Such phenomena result in variations of natural frequencies and mode shapes. Therefore it is important to the equations of motion in order to be obtained accurate predictions of these variations. The equations of motion of a rotating tapered cantilever beam are derived by using hybrid deformation variable modeling method and numerical results are obtained along with the angular velocity and the thickness and width ratio.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.4
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pp.363-369
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2009
A vibration analysis for a rotating cantilever beam with the tapered cross section is presented in this study. The stiffness changes due to the stretching caused by centrifugal inertia forces when a tapered cantilever beam rotates about the axis perpendicular to its longitudinal axis. When the cross section of cantilever beam are assumed to decrease constantly, the mass and stiffness also change according to the variation of the thickness and width ratio of a tapered cantilever beam. Such phenomena result in variations of natural frequencies and mode shapes. Therefore it is important to the equations of motion in order to be obtained accurate predictions of these variations. The equations of motion of a rotating tapered cantilever beam are derived by using hybrid deformation variable modeling method and numerical results are obtained along with the angular velocity and the thickness and width ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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