• 한국군사과학기술학회지
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• 제8권4호
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• pp.130-135
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• 2005

This paper presents application possibility of Lightweight Piezoceramic Composite Actuator(LIPCA) to suppress vibration of dynamic structures as an actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric layer, a carbon/epoxy layer and glass/epoxy layers. When compared to the bare piezoelectric ceramic(PZT), LIPCA has advantages such as high performance, durability and reliability. In this study, performances of LIPCA have been estimated in an active vibration control system. Experiments were performed on an aluminum beam with cantilever configuration. In this test, strain gages and single LIPCA are attached on the aluminum beam with epoxy resin. Digital ON-OFF control algorithm is applied into the system to exhibit performance of LIPCA as actuator in active vibration control system. First, we performed static actuation test of bare PZT and LIPCA in order to show the superiority of LIPCA. Secondly, we carried out beam vibration control test using LIPCA. The results showed LIPCA could suppress free vibration of the aluminum beam, which means that LIPCA can be applied as an actuator to control vibration of dynamic structures.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권6호
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• pp.35-41
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• 2006

본 논문에서는 무밸브 마이크로펌프에 사용되는 압전 다이아프램의 성능을 향상시키는 방법이 연구되었다. 큰 작동 변위와 작동력을 가지는 원형 형태의 경량 압전 복합재료 작동기(LIPCA)를 마이크로 펌프용으로 제작하였다. 유한요소 해석과 실험을 통하여 원형 LIPCA의 성능을 예측하여 최적의 적층 형태를 설계하였다. 최적의 원형 LIPCA를 기반으로 포토리소그라피법과 PDMS 몰딩법을 사용하여 무밸브 마이크로 펌프를 제작하였다. 압전 다이아프램의 작동 변위 및 마이크로 펌프의 유량과 배압을 실험적으로 계측하였고, 반경험식을 사용하여 예측한 유량과 비교하였다. 이상의 연구에서 원형 LIPCA가 마이크로 펌프용으로 사용되는 보통의 압전 작동 다이아프램을 대체할 수 있는 우수한 작동기임을 확인할 수 있었다.

• Advanced Composite Materials
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• 제18권4호
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• pp.327-338
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• 2009

In this paper, through an evaluation process conducted on several designs of mini-LIPCA (Lightweight Piezo-Composite curved Actuator), an optimal design of a mini-LIPCA has been proposed. Comparing with the LIPCA-C2, the design of the mini-LIPCA comes with reduced overall size and a thinner active layer. Since a variation in the number and lay-up of fiber composite layers may strongly affect the performance of the device, one is able to configure several designs of mini-LIPCA. The evaluation process is then followed in order to determine a configuration which characterizes the possibly optimal performance. That is, a design of a mini-LIPCA is said to be optimal if it is capable of producing a maximum out-of-plane displacement. The size of the LIPCA to be investigated was selected to be $10\;mm\;{\times}\;20\;mm$ in which the thickness of PZT plate is about 0.1 mm. The thickness of glass/epoxy and carbon/epoxy are about 0.09 mm and 0.1 mm, respectively. The evaluation process has been conducted thoroughly, i.e., analytical estimation, numerical approximation and the experimental measurement are all involved. Firstly, the design equation was used to calculate essential parameters of proposed lay-up configurations. Secondly, ANSYS, a commercial FEA package, was utilized to estimate displacement outputs of the actuators upon being excited. Finally, experimental measurements were able to verify the predicted results.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2001년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.126-129
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• 2001

LIPCA (LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator) is an actuator device which is lighter than other conventional piezoelectric ceramic type actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer is sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. LIPCA has curved shape like a typical THUNDER (thin-layer composite unimorph feroelectric driver and sensor), but it is lighter an than THUNDER. Since the curved shape of LIPCA is from the thermal deformation during the manufacturing process of unsymmetrically laminated lay-up structure, an analysis for the thermal deformation and residual stresses induced during the manufacturing process is very important for an optimal design to increase the performance of LIPCA. To investigate the thermal deformation behavior and the induced residual stresses of LIPCA at room temperature, the curvatures of LIPCA were measured and compared with those predicted from the analysis using the classical lamination theory. A methodology is being studied to find an optimal stacking sequence and geometry of LIPCA to have larger specific actuating displacement and higher force. The residual stresses induced during the cooling process of the piezo-composite actuators have been calculated. A lay-up geometry for the PZT ceramic layer to have compression stress in the geometrical principal direction has been designed.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2005년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1332-1336
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• 2005

It could make the LIghtweight Piezoelectric Composite Actuator (LIPCA) damageable by the cyclic large deformation. If the progressive microvoid coalescence of LIPCA interlaminar took place, the decrease of the stiffness and the weakness of stress transmission and fiber bridging effect would make the fatigue characteristics worse suddenly. Therefore, it is required to study the variation of fatigue behavior and interlaminar condition in LIPCA under resonant frequencies. These studies such as the changeable fatigue phase and interlaminar behavior of LIPCA affected by the resonant frequencies should be carried out due to the strong anisotropy of CFRP layer. Hence, these studies are as follows. 1) The residual stresses distribution of interlaminar in LIPCA using the Classical Lamination Theory (CLT). 2) Comparative analysis of interlaminar behavior for the intact LIPCA versus LIPCA containing an artificial delamination during resonant frequency.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.135-138
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• 2000

본 논문에서는 열팽창계수(CTE)가 거의 없는 카본게폭시, PZT 세라믹 박판, 그리고 열팽창계수가 큰 글래스/에폭시 층으로 이루어진 곡면형 복합재료 작동기(LIPCA)의 설계, 제작 및 성능실험에 대한 연구성과를 제시하고 있다. LIPCA의 른 요점은 기존 THUNDER의 성능을 유지하면서 이를 경량화 하기 위하여 THUNDER의 금속 층을 상대적으로 가벼운 섬유 강화 복합재료로 대체하는 것이다. 이러한 경량화 작업으로 LIPCA는 기존 THUNDER 보다 약 30~40% 정도의 무게를 감소시킬 수 있으며, 복합재료의 특성에 따라 설계의 유연성을 가질 수 있는 장점이 있다. 또한, 에폭시 수지를 사용함으로써 접착제 없이 평판 몰드에서 오토클레이브에서 177$^{\circ}C$로 경화되어, 탈형된 후 충분한 곡률을 형성하였다. 작동 성능 실험에서, LIPCA는 기존 THUNDER보다 작동변위가 향상됨을 보였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 춘계학술대회논문집
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• pp.1268-1272
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• 2000

본, 논문에서는 카본/에폭시, PZT 세라믹 박판, 글래스/에폭시 층으로 이루어진 곡면형 복합재료 작동기(LIPCA)의 설계, 제작 및 성능실험에 대한 연구 성과를 제시하고 있다. LIPCA의 큰 요점은 기존 THUNDER의 성능을 유지하면서 이를 경량화 하기 위하여 THUNDER의 금속 층을 상대적으로 가벼운 섬유 강화 복합재료로 대체하는 것이다. 이러한 경량화 작업으로 LIPCA는 기존 THUNDER 보다 약 $30{\sim}40%$ 정도의 무게를 감소시킬 수 있으며, 복합재료의 특성에 따라 설계의 유연성을 가질 수 있는 장점이 있다. 또한, 에폭시 수지를 사용함으로써 접착제 없이 평판 몰드에서 오토클레이브에서 $177^{\circ}C$로 경화되어, 탈형된 후 충분한 곡률을 형성하였다. 작동 성능 실험에서, LIPCA는 기존 THUNDER보다 작동변위가 향상됨을 보였다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.397-398
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• 2006

The advanced piezoelectric ceramic composite actuator, which is called LIPCA with the FRP and the optimization of the laminate configuration, was performed to maximize the stress transfer and the fiber bridging effect. This study evaluated the effect of variable electric fields on the PZT characteristic, laminate configuration and fatigue characteristics under the resonance frequency, which meant the largest performance range and the changes of its interlaminar phase were also evaluated by stages. In conclusions, Comparing with the fatigue lift of intact LIPCA, the fatigue life of LIPCA embedded by the artificial delamination was decreased up to 50%. The micro void growth and the coalescence of epoxy were actively made at the interlaminar phase subject to the large tensile stress.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.37-44
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• 2004

본 논문에서는 압전재의 재료 비선형성을 고려한 경량 압전 복합재 작동기(LIPCA)의 성능 해석을 수행하였다. 성능 해석을 위해 9절점 쉘 요소 정식화에 바탕을 둔 압전 쉘 요소를 이용하였다. LIPCA의 작동 변위를 보다 정확히 예측하기 위하여, 실험을 통해 얻은 압전 변형률 함수와 증분 정식화를 추가하여 기존 선형 유한요소 프로그램을 수정하였다. 이렇게 개발된 재료 비선형 압전 옐 프로그램을 이용하여 LIPCA의 작동변위를 재 계산하였고, 재료 비선형 해석으로 얻은 작동 변위가 선형 해석으로 계산된 작동 변위 보다 측정 변위에 훨씬 근접함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권12호
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• pp.48-53
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• 2005

본 논문에서 LIPCA(Lightweight Piezoceramic Composite Actuator)를 이용한 날갯짓(flapping) 기구의 개발에 관한 최근의 연구진척 사항을 제시하였다. 날갯짓 기구는 여러 개의 연결막대를 이용하여 LIPCA의 제한된 작동변위를 커다란 날갯짓 각(flapping angle)이 발생하도록 증폭시켰으며, 패더링 메커니즘(feathering mechanism)을 적용하여 날갯짓과 동시에 날개에 비틀림이 발생하도록 설계되었다. 이 날갯짓 기구의 고유 날갯짓 주파수는 약 9Hz로, 이때 최대의 날갯짓 각이 발생하였다. 제작된 날갯짓 기구의 작동성능을 평가하기 위하여 날갯짓 주파수를 4Hz에서 15Hz까지 변화시키면서 발생되는 양력과 추력을 측정하였으며, 최대 양력과 최대 추력은 고유 날갯짓 주파수 부근에서 계측되었다.