Kim, Jung-Soon;Kim, Moo-Joon;Ha, Kang-Lyeol;Cao, Wen-Wu
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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제25권3E호
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pp.110-114
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2006
In a previous theoretical paper, we have derived a unified formula by considering 2-D coupled mode vibrations. The unified formula for electromechanical coupling coefficient of piezoelectric resonator was verified experimentally. The capacitance change near the resonant frequency was investigated to estimate the effective coupling coefficient of the resonator instead of the conventional method based on I-D model. The susceptance spectra were measured for the seven samples of piezoelectric resonator with different aspect ratio. Excellent agreement between theoretical and experimental results was obtained.
Piezoelectric properties of PZT-PSN ceramics were investigated as a function of WO$_3$ addition from 0 wt% to 6.0 wt%. The dielectric and piezoelectric characteristics of PZT-PSN ceramics have been investigated at different calcination (80$0^{\circ}C$~90$0^{\circ}C$) and sintering (110$0^{\circ}C$~130$0^{\circ}C$) temperatures. The grain size was increased with the addition of WO$_3$and the sintering temperatures. Anisotropic properties of electromechanical coupling coefficient and piezoelectric coefficient are proven to be dependent on processing temperatures and amount of addition. At the specimen with 0.6 wt% WO$_3$ addition, using calcination temperature of 80$0^{\circ}C$ and sintering temperature of 110$0^{\circ}C$ , mechanical quality factor(Q$_{m}$) and electromechanical coupling coefficient(k$_{p}$) showed the excellent results of 1560 and 0.48, respectively Experimental results indicated that the PZT-PSN system ceramics with WO$_3$impurity could be effectively used for the microtransformer and actuator applications, etc.etc.
The piezoelectric materials convert from mechanical energy to electrical energy. The piezoelectric materials are used in various engineering applications such as piezoelectric ultrasonic actuators. Since the piezoelectric coupling characteristics of the actuator systems should be considered at the initial design stage, it is essential to analyze the piezoelectric coupling characteristics of the ultrasonic actuators. In this study, we analyzed the electromechanical characteristics of piezoelectric stacked actuator using the equivalent circuit model with modal mass stiffness parameters. It was compared the admittance of piezoelectric stack actuators with the analytical circuit model and the finite element model. Also, the coupling coefficient of piezoelectric stack actuator was discussed according to the number of stacks of actuators.
A new type of cascade sandwiched piezoelectric ultrasonic transducer is presented and studied. The cascade transducer is composed of two traditional longitudinally sandwiched piezoelectric transducers, which are connected together in series mechanically and in parallel electrically. Based on the analytical method, the electromechanical equivalent circuit of the cascade transducer is derived and the resonance/anti-resonance frequency equations are obtained. The impedance characteristics and the vibrational modes of the transducer are analyzed. By means of numerical method, the dependency of the resonance/anti-resonance frequency and the effective electromechanical coupling coefficient on the geometrical dimensions of the cascade transducer are studied and some interesting conclusions are obtained. Two prototypes of the cascade transducers are designed and made; the resonance/anti-resonance frequency is measured. It is shown that the analytical resonance/anti-resonance frequencies are in good agreement with the experimental results. It is expected that this kind of cascade transducer can be used in large power and high intensity ultrasonic applications, such as ultrasonic liquid processing, ultrasonic metal machining and ultrasonic welding and soldering.
Piezoelectric Buzzer which has been generally used requires about 30kV/cm poling process and has the aging effects. In this study, 0.85 PZN - 0.10 BT - 0.05 PT system ceramics with additives of 0 - 2 wt% YS12TOS13T were fabricated and investigated on electromechanical coupling coefficient(kS1pT), electric field induced charge coefficient(dS131T), and sound level. As the results, in the 0.4 wt% YS12TOS13T added composition ceramics compared with the basic, kS1pT was increased from 0.355 to 0.39 and induced piezoelectric d constant increased from 204 to 220 x 10S0-12T (C/N) and sound level of electrostrictive Buzzer has the highest value of 71.5 dB under 8kV/cm bias electric field.
In this thesis, piezoelectric properties and sintering properties of PCW-PNN-PZT+0.5 wt%$MnO_2$ ceramics adding $B_2O_3$ after creating the specimens with a general method. The lattice constant from the analysis of crystal structure showed that the crystal structure of ceramic features both rhombohdral and tetragonal structures and that the pychlore structure was decreased with the increase of the sintering temperature. The electromechanical coupling coefficient showed its maximum of 31 % in the sintered specimens at $1050^{\circ}C$, and its minimum of 20 % in the sintered specimens at $1150^{\circ}C$. The mechanical quality coefficient marked the maximum of 139 at the sintering temperature of $1150^{\circ}C$.
In this study, in order to develop the low temperature sintering ceramics, PZT ceramics adding $MnO_2$, $B_2O_3$ were manufactured, and their piezoelectric and dielectric properties is investigated. The results of this study were gotten such as follows. The electromechanical coupling coefficient(kp) showed good properties on the whole, showed its maximum value 28.266 in specimens sintered at 1200[$^{\circ}C$]. The mechanical quality coefficient(Qm) showed its maximum value 162.61 in specimens sintered at 1200[$^{\circ}C$] and was increased by increasing sintering temperature. The dielectric constant showed the optimum values of 538.903 at specimen sintered at $1000^{\circ}C$.
Theoretical and numerical assessments of approximate evaluations and simplified analyses of piezoelectric structures transverse shear modal effective electromechanical coupling coefficient (EMCC) are presented. Therefore, the latter is first introduced theoretically and its approximate evaluations are reviewed; then, three-dimensional (3D) and simplified two-dimensional (2D) plane-strain (PStrain) and plane-stress (PStress) piezoelectric constitutive behaviors of electroded shear piezoceramic patches are derived and corresponding expected short-circuit (SC) and open-circuit (OC) frequencies and resulting EMCC are discussed; next, using a piezoceramic shear sandwich beam cantilever typical benchmark, a 3D finite element (FE) assessment of different evaluation techniques of the shear modal effective EMCC is conducted, including the equipotential (EP) constraints effect; finally, 2D PStrain and PStress FE modal analyses under SC and OC electric conditions, are conducted and corresponding results (SC/OC frequencies and resulting effective EMCC) are compared to 3D ones. It is found that: (i) physical EP constraints reduce drastically the shear modal effective EMCC; (ii) PStress and PStrain results depend strongly on the filling foam stiffness, rendering inadequate the use of popular equivalent single layer models for the transverse shear-mode sandwich configuration; (iii) in contrary to results of piezoelectric shunted damping and energy harvesting popular single-degree-of-freedom-based models, transverse shear modal effective EMCC values are very small in particular for the first mode which is the common target of these applications.
NDT나 의료용 영장장치에 응용되는 압전복합재는 일반적인 세라믹이나 고분자 압전재료에 비하여 많은 장점을 가진다. 이들 응용분야에서는 전기기계결합계수가 높아야 하고 음향임피던스가 낮아야 한다. 그러나, 압전복합재의 횡방향 단위 크기가 조밀하지 못할 경우 횡방향으로 진행하는 판파에 의한 불필요한 진통이 표면에 발생하게 된다. 횡방향 단위 크기와 세라믹 체적비에 따른 압전 특성을 조사하기 위하여 PMN-PZT 세라믹과 Epofix 에폭시로 에폭시의 폭의 달리하면서 1-3형 압전복합채를 제작하였다. 제작된 1-3형 압전복합재의 두께방향 진동모드의 전기기계결합계 수, 음향임피던스는 각각 $0.36{\sim}0.64,\;9.8{\sim}22.7MRayl$ MRayl로 나타났으며, 횡방향 단위크기가 줄어들수록 횡방향 모드 공진 주파수가 증가하였다.
In this paper, the anti-plane transient response of a central crack normal to the interface between a piezoelectric ceramics and two same elastic materials is considered. The assumed crack surfaces are permeable. By virtue of integral transform methods, the electro elastic mixed boundary problems are formulated as two set of dual integral equations, which, in turn, are reduced to a Fredholm integral equation of the second kind in the Laplace transform domain. Time domain solutions are obtained by inverting Laplace domain solutions using a numerical scheme. Numerical values on the quasi-static stress intensity factor and the dynamic energy release rate are presented to show the dependences upon the geometry, material combination, electromechanical coupling coefficient and electric field.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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