The electromechanical integrated toroidal drive is a new drive system. For the control of the drive, the torque fluctuation and the steady-state errors should be removed and the fast response to the input change should be achieved. In this paper, the torque fluctuation of the drive system is analyzed and expressed as Fourier series forms. The transfer function of the torque control for the drive system is derived from its electromechanical coupled dynamic equations. A 2-DOF control method is used to control the drive system. Using definite parameter relationship of the 2-DOF control system, the steady errors of the torque control for the drive system is removed. Influences of the drive parameters on the control system are investigated. Using proper drive parameters, the response time of the control system is reduced and the quick torque response of the drive system is realized. Using a compensated input voltage, the torque fluctuation of the drive system is removed as well. The compensated input voltage can be obtained from the torque fluctuation equation and the transfer function. These research results are useful for designing control system of the new drive.
It is proposed that the electromechanical relation of the conductive materials with high electrical resistance may be used to estimate the current stress of prestressing tendons. To choose the best conductive material to this end, we studied the electromechanical relations of carbon fibers and metalic heat wires experimentally. It is found that the relation of carbon fibers can be modelled by a parabolic(or hyperbolic) function in the early stage of deformation. However because the relation is not consistent when it is unloaded and reload, carbon fibers are not suitable for this purpose. Metallic heat wires show a consistent linear relation during loading and unloading in the elastic deformation and are suitable for this purpose. To estimate the electromechanics relation of metallic wires, we developed a simple formula based on the rigid plasticity. We propose a new kind of prestressing tendons whose stress can be monitored.
Graphene based nano-electronic and nano-electromechanical devices will be introduced in this presentation. The first part of the presentation will be covered by our recent results on the fabrication and physical properties of artificially twisted bilayer graphene. Thanks to the recently developed contact transfer printing method, a single layer graphene sheet is stacked on various substrates/nano-structures in a controlled manner for fabricating e.g. a suspended graphene device, and single-bilayer hybrid junction. The Raman and electrical transport results of the artificially twisted bilayer indicates the decoupling of the two graphene sheets. The graphene based electromechanical devices will be presented in the second part of the presentation. Carbon nanotube based nanorelay and A new concept of non-volatile memory based on the carbon nanotube field effect transistor together with microelectromechanical switch will be briefly introduced at first. Recent progress on the graphene based nano structures of our group will be presented. The array of graphene resonators was fabricated and their mechanical resonance properties are discussed. A novel device structures using carbon nanotube field effect transistor combined with suspended graphene gate will be introduced in the end of this presentation.
This paper presents a numerical method to analyze the electromechanical-coupled field in the spindle motor of a computer hard drive and investigates dynamic response due to the electromechanical excitation, i.e. unbalanced magnetic force and centrifugal force for the rotational asymmetric motor. Magnetic field is calculated from Maxwells equation and voltage equation by introducing nonlinear time-dependent finite element analysis. Mechanical motion of rotor is calculated by solving Newton-Euler equation. Electromechanical excitation and dynamic response are characterized by analyzing the free response of a rotating rotor and Fourier analysis of the excitation force and resulting vibration of a rotor. It shows that centrifugal force produces the unbalanced magnetic force even in the rotational symmetric motor. It also shows that resonance produces quite considerable vibration even when the high excitation frequency with small amplitude matches with the natural frequency of the spindle motor.
In this study, the Poisson effect on resonant frequency behaviors of the unconstrained piezoelectric patch is investigated. The electromechanical impedance models for the un-bonded patch are derived from the two existing bonded patch models and numerical analysis for a given piezoelectric material is performed. From the analysis, it is found that the Poisson effect is not important as long as the electromechanical impedance model is used to predict the locations of resonant frequencies. However, Poisson effect should be considered when predicting the location of the largest resonant frequency of the patch since the amplitude responses are different with the model used.
Jinze Pei;Yuanyang Zhao;Mingran Zhao;Guangbin Liu;Qichao Yang;Liansheng Li
Nuclear Engineering and Technology
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제55권8호
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pp.2812-2822
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2023
The supercritical carbon dioxide (sCO2) Brayton power cycle is more effective than the conventional power cycle and is more widely applicable to heat sources. The inlet working conditions of the compressor have a higher influence on their operating performance because the thermophysical properties of the CO2 vary dramatically close to the critical point. The flow in the sCO2 compressor is simulated and the compressor performance is analyzed. The results show that the sCO2 centrifugal compressor operates outside of its intended parameters due to the change in inlet temperature. The sCO2 compressor requires more power as the inlet temperature increases. The compressor power is 582 kW when the inlet temperature is at 304 K. But the power is doubled when the inlet temperature increases to 314 K, and the change in the isentropic efficiency is within 5%. The increase in the inlet temperature significantly reduces the risk of condensation in centrifugal compressors. When the heat load of the sCO2 power system changes, the inlet pressure to the turbine can be kept constant by regulating the rotational speed of compressors. With the increase in rotational speed, the incidence loss and condensation risk increase.
The enhancement of mechanical properties of coated conductor (CC) tapes in practical application are usually achieved by reinforcing through lamination or electroplating metal layers on either sides of the CC tape. Mechanical or electromechanical properties of the CC tapes have been largely affected by the lamination structure under various loading modes such as tension, bending or even cyclic. In this study, the influence of brass laminate volume fraction on electromechanical properties of RCE-DR processed Gadolinium-barium-copper-oxide (GdBCO) CC tapes was investigated. The samples used were composed of single-side and both-side laminate of brass layer to the Cu-stabilized CC tape and their $I_c$ behaviors were compared to those of the Cu-stabilized CC tape without external lamination. The stress/strain dependences of $I_c$ in laminated CC tapes under uniaxial tension were analyzed and the irreversible stress/strain limits were determined. As a result, the increase of brass laminate volume fraction initially increased the irreversible strain limit and became gradual. The corresponding irreversible stress limit, however, showed no difference even though the brass laminate volume fraction increased to 3.4. But the irreversible load limit linearly increased with the brass laminate volume fraction.
In this study, in order to develop excellent lead-free composition ceramics for piezoelectric transformer, ($K_4CuNb_8O_{23}$) added $(K_{0.5}Na_{0.5})(Nb_{0.96}Sb_{0.04})O_3$ ceramics were fabricated using conventional mixed oxide method and their piezoelectric and dielectric properties were investigated as a fu+EY50nction of the amount of KCN addition. With increasing the amount of KCN addition, density and mechanical quality factor(Qm), electromechanical coupling factor (Kp) were increased up to 1.2 mol% and then decreased. At the 1.2 mol% KCN added specimen, mechanical quality factor (Qm), electromechanical coupling factor (Kp), density and dielectric constant (${\varepsilon}r$) showed the optimal values of 781, 0.445, $4.42\;g/cm^3$ and 443, respectively, for piezoelectric transformer application.
Cable-beam structures characterized by variable stiffness nonlinearities are widely found in various structural engineering applications, for example in space deployable structures. Space deployable structures in orbit experience both high temperature caused by sun's radiation and low temperature by Earth's umbral shadow. The space temperature difference is above 300K at the moment of exiting or entering Earth's umbral shadow, which results in structural thermally induced vibration. To understand the thermally induced oscillations, the analytical expression of Boley parameter of cable-beam structures is firstly deduced. Then, the thermally induced vibration of cable-beam structures is analyzed using finite element method to verify the effectiveness of Boley parameter. Finally, by analyzing the obtained numerical results and the corresponding Boley parameters, it can be concluded that the derived expression of Boley parameter is valid to evaluate the occurrence conditions of thermally induced vibration of cable-beam structures and the key parameters influencing structural thermal flutter are the cable stiffness and thickness of beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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