This paper proposes a spectral element which can represent dynamic responses in high frequency domain such as Lamb waves on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by piezoelectric layer (PZT layer) bonded on a base plate. In the two layer beam model, a PZT layer is assumed to be rigidly bonded on a base beam. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with electro mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are formulated through equations of motions converted into frequency domain. A detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through comparison results with the conventional 2-D FEM and the previously developed spectral elements.
This paper presents spectral element formulation which approximates Lamb wave propagation by PZT transducers bonded on a thin plate. A two layer beam model under 2-D plane strain condition is introduced to simulate high-frequency dynamic responses induced by a piezoelectric (PZT) layer rigidly bonded on a base plate. Mindlin-Herrmann and Timoshenko beam theories are employed to represent the first symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes on a base plate, respectively. The Euler-Bernoulli beam theory and 1-D linear piezoelectricity are used to model the electro-mechanical behavior of a PZT layer. The equations of motions of a two layer beam model are derived through Hamilton's principle. The necessary boundary conditions associated with the electro-mechanical properties of a PZT layer are formulated in the context of dual functions of a PZT layer as an actuator and a sensor. General spectral shape functions of response field and the associated boundary conditions are obtained through equations of motions converted into frequency domain. Detailed spectrum element formulation for composing the dynamic stiffness matrix of a two layer beam model is presented as well. The validity of the proposed spectral element is demonstrated through numerical examples.
This paper presents a novel concept of cargo handling system adapted for a sea port subjected to severe time-varying tide. The proposed system can perform loading or unloading by using a sort of hydraulic elevator associated with real-time position control. In order to achieve a proof-of-concept, a small-sized laboratory model of the cargo handling system is designed and built. The model consists of three principal components container palette transfer (CPT) car, platform with lifting columns, and cargo ship. The platform activated by electro-rheological (ER) valve-cylinders is actively controlled to track the position of the cargo ship subjected to be varied due to the time-varying tide and wave motion. Following the derivation of the dynamic model for the platform and cargo ship motions, an appropriate control scheme is formulated and implemented. The location of the CPT car is sensed by a set of photoelectric switches and controlled via sequence controller. On the other hand, a sliding mode controller (SMC) is adopted as the position controller for the platform. Both simulated and measured control results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed cargo system.
최근 항공기용 구동기는 전기식 구동기의 높은 정밀도 및 유지관리의 용이성 등으로 인해 기존 유압 중심의 기계시스템에서 전기구동 중심(More/All Electric)으로 기술이 변화하고 있다. 따라서 항공기의 전기 전동기 고장은 치명적인 결함을 넘어 인명피해로도 이어질 수 있다. 전기 전동기의 고장진단은 항공기의 안전성을 보장하는데 필수적인 요소이다. 이에 따라 효율적이고 적절한 고장진단이 요구되며 이러한 고장진단 기술 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 전기 전동기 중 영구자석 동기전동기의 고장 유형과 고장진단 기술 동향에 대해 소개하고 분석한다.
본 논문에서는 작동 평면상의 네 위치에서 사중안정점을 가지는 신개념 전자기형 마이크로 액추에이터의 구조체와 전자기 로렌츠력을 이용하는 구동 방식을 제시하고, 이의 타당성을 비선형 구조해석 및 전기-열해석을 통하여 검증하였다. 사중안정성 액추에이터의 구현을 위해서 관련 분야에서 널리 연구되고 있는 쌍안정성 액추에 이터의 개념을 확장 응용하였다. 비선형 유한요소해석을 이용하여 사중안정성 미소 구조체의 정적 해석과 과도동 적 해석을 수행함으로써 액추에이터 구조체의 다중안정성 유무를 파악하고 이 결과를 분석하여 구조체 설계에 반영하였다. 사중안정성 미소 구조체를 도체화하여 자기장 내에서 구조체에 전류를 통할 때에 발생하는 로렌츠력으로 평면상의 네 안정점으로 구조체를 구동할 수 있도록 고안하고, 그 때 필요한 구동전류의 크기 및 전자기 구동에 의한 주울열에 의한 온도분포를 계산하여 전반적인 타당성을 검토하였다. 본 논문은 지금까지의 관심 대상인 쌍안정성의 이용이 아니라 더욱 확장된 다중안정성을 가진 미소 액추에이터의 구조체와 전자기 구동방법을 제안하여 향후에 다중안정성을 필요로 하는 마이크로 시스템에 활용될 수 있도록 하는데 그 의미가 있다.
With the growing traffic density and increasing comfort requirements, the automation of the drive train will gain importance in vehicles. The automatic clutch actuation relieves the drivers especially in urban driving and stop-and-go traffic conditions. This paper describes the dynamic modeling of a clutch actuator and clutch spring. The dynamic model of the clutch system is developed using MATLAB/Simulink, and evaluated by experimental data using a test rig. This performance simulator is useful to develop the clutch-by-wire (CBW) system for an automated manual transmission (AMT). The electro-mechanical type CBW system is also implemented as an automatic clutch for AMT. The prototype of CBW system is designed and implemented systematically, which is composed of an electric motor, worm gear and slider-crank mechanism. The test rig is developed to perform the basic function test of the automatic clutch, and the developed prototype is validated by the experimental data on the test rig.
Eyvazian, Arameh;Hamouda, Abdel Magid;Tarlochan, Faris;Mohsenizadeh, Saeid;Dastjerdi, Ali Ahmadi
Steel and Composite Structures
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제33권6호
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pp.891-906
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2019
This study considers the instability behavior of sandwich plates considering magnetorheological (MR) fluid core and piezoelectric reinforced facesheets. As facesheets at the top and bottom of structure have piezoelectric properties they are subjected to 3D electric field therefore they can be used as actuator and sensor, respectively and in order to control the vibration responses and loss factor of the structure a proportional-derivative (PD) controller is applied. Furthermore, Halpin-Tsai model is used to determine the material properties of facesheets which are reinforced by graphene platelets (GPLs). Moreover, because the core has magnetic property, it is exposed to magnetic field. In addition, Kelvin-Voigt theory is applied to calculate the structural damping of the piezoelectric layers. In order to consider environmental forces applied to structure, the visco-Pasternak model is assumed. In order to consider the mechanical behavior of structure, sinusoidal shear deformation theory (SSDT) is assumed and Hamilton's principle according to piezoelasticity theory is employed to calculate motion equations and these equations are solved based on differential cubature method (DCM) to obtain the vibration and modal loss factor of the structure subsequently. The effect of different factors such as GPLs distribution, dimensions of structure, electro-magnetic field, damping of structure, viscoelastic environment and boundary conditions of the structure on the vibration and loss factor of the system are considered. In order to indicate the accuracy of the obtained results, the results are validated with other published work. It is concluded from results that exposing magnetic field to the MR fluid core has positive effect on the behavior of the system.
본 논문은 전기기계식제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake, 이하 EMB)의 제동 압부력(clamping force) 제어방법과 제동시험장비(dynamo test equipment)를 활용한 제동성능 평가결과에 대하여 다룬다. EMB와 관련한 연구는 자동차 분야에서 대부분 수행되었으며, 다양한 제어방법에 대한 정적상태의 압부력 시험결과를 주로 다루고 있으나 본 논문은 동적상태에서의 성능평가를 수행하였다. EMB의 구동을 위해 3상 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)가 적용되었으며 유한요소법(FEM : Finite Element Method, 이하 FEM) 해석 소프트웨어인 JMAG을 통하여 설계 및 해석을 수행하였다. EMB의 압부력제어를 위해 전류제어, 속도제어 및 위치제어가 수행되었으며, 전류제어기는 단위전류당 최대토크제어(MTPA : Maximum Torque Per Ampere, 이하 MTPA)가 적용되었다. 제동성능평가는 공압식 제동장치의 비상제동 성능시험 절차와 동일한 방법으로 수행되었으며 시험장비에 설치된 고속철도차량의 차륜을 110 km/h, 230 km/h 및 300 km/h로 회전하는 상태에서 각각의 속도 조건에 따른 EMB의 제동 압부력을 인가하여 감속성능을 확인하였다. 최고속도(300 km/h) 상태에서 비상제동 시험결과는 73초의 시간이 소요되었으며 차세대고속철도차량(HEMU-430X)에 적용된 공압식 제동장치의 성능시험 결과와 비교를 통하여 제동소요 시간 및 감속패턴의 유사함 확인하였다.
전기활성 고분자로서 이온성고분자-금속복합체(Ionic Polymer metal Composites, IPMC)는 화학적 환원방법으로 비교적 쉽게 제조하여 낮은 구동전압에서도 큰 변위를 낼 수 있는 유연성을 지니는 스마트 소재(soft smart material) 중의 하나이다. 제조 시의 화학적 환원방법은 용액 내에서 반응시킴으로써 결과적으로 형성되는 다공성 고분자 막의 표면의 거칠기 때문에 구동체로서의 IPMC의 동작특성에 결함을 줄 수 있다. 따라서 본 연구에서는 IPMC의 표면의 거칠기에 대한 구동 특성을 비교하고 표면 조도를 향상시키는 방안으로 표면 이온빔 보조 증착법으로 표면을 개질하였다. 이러한 표면 개질 효과로 인해 IPMC 전극의 표면 저항을 낮추고 반응 속도를 증가시킬 수 있었고, 표면 조도, 모폴로지, 구동력 등을 측정하여 향상된 구동 현상을 나타내는 제조방법에 대한 연구를 하였다.
Micro parts are usually used of producing by micro-electro-mechanical systems(MEMS). In this paper, we present some fundamental results concerning on the MEMS, extrusion condition on the micro forming characteristics and new micro forward extrusion machine has been developed. In the first step, we manufactured micro dies in two kinds of sections. One is a circle section, another is a cross section. The process for fabricating micro dies combines a deep UV-lithography, anisotropic etching techniques and metal electroplating with bulk silicon based on Ni with a thickness of $50{\mu}m$. The outer diameter of Ni-micro dies is 3mm and the diameter of extrusion section is $270{\mu}m$ for a cross section, $500{\mu}m$ for a circle section. The low linear density polyethylene(LLEPD) in the shape of a pellet has been used of micro extrusion. The billet was placed in a container manufactured by electric discharge machining and extruded through the micro die by a piezoelectric actuator. The micro extrusion has succeeded in a forming such micro parts as micro bars, micro cross shafts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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