Design of a piezoelectric actuator for the ultrasonic motor must ensure that contact point has elliptic trajectory of movement. The new idea of an elliptic trajectory formation of the piezoelectric actuator is investigated in the paper. Shaking beam for the piezoelectric linear ultrasonic motor was introduced to realize this new idea. The principle is based on the excitation of longitudinal and flexural vibrations of the actuator by using two sources of longitudinal mechanical vibrations shifted by $\pi$/2. Mode-frequency and harmonic response analyses of the actuator based on FEM have been carried out. The moving trajectory of the contact point has been defined. Finally, The experimental research of shaking beam has been confirmed an opportunity of the elliptic trajectory reception with the help of one stable mode of the vibrations.
New insights are presented in simplified modeling and analysis of free vibrations of piezoelectric - based smart structures and systems. These consist, first, in extending the wide used piezoelectric-thermal analogy (TA) simplified modeling approach in currently static actuation to piezoelectric free-vibrations under short-circuit (SC) and approximate open-circuit (OC) electric conditions; second, the popular piezoelectric strain induced - potential (IP) simplified modeling concept is revisited. It is shown that the IP resulting frequencies are insensitive to the electric SC/OC conditions; in particular, SC frequencies are found to be the same as those resulting from the newly proposed OC TA. Two-dimensional plane strain (PStrain) and plane stress (PStress) free-vibrations problems are then analyzed for above used SC and approximate OC electric conditions. It is shown theoretically and validated numerically that, for both SC and OC electric conditions, PStress frequencies are lower than PStrain ones, and that 3D frequencies are bounded from below by the former and from above by the latter. The same holds for the modal electro-mechanical coupling coefficient that is retained as a comparator of presented models and analyses.
In this study, the nonlinear vibrations of stepped beams having different boundary conditions were investigated. The equations of motions were obtained using Hamilton's principle and made non dimensional. The stretching effect induced non-linear terms to the equations. Forcing and damping terms were also included in the equations. The dimensionless equations were solved for six different set of boundary conditions. A perturbation method was applied to the equations of motions. The first terms of the perturbation series lead to the linear problem. Natural frequencies for the linear problem were calculated exactly for different boundary conditions. Second order non-linear terms of the perturbation series behave as corrections to the linear problem. Amplitude and phase modulation equations were obtained. Non-linear free and forced vibrations were investigated in detail. The effects of the position and magnitude of the step, as well as effects of different boundary conditions on the vibrations, were determined.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.11
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pp.1091-1097
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2012
Nowadays, some movie theaters provide additional sensory information in 3D movies to enhance visually induced motion perception. However, no studies have investigated how motion perception increases. Thus, in this study, we examined the effect of visual coherent sensory information on visually induced motion perception and quantification of sensory information. A visual stimulus rotated sinusoidally and visual coherent sensory information were applied as vibrations to a subject's foot. We measured the sway of the subject's body by using a force plate and somatosensory bar rotation that represents the subject's perception of the horizon using an encoder. By using this data, we obtained the weight of the sensory information using a Kalman filter. As a result, it was found that subjects rotated the somatosensory bar more when visual coherent vibrations were applied. The weight of vision also increased when visual coherent vibrations were applied. Thus, we can conclude that visual coherent sensory information tends to enhance visually induced motion perception and weight of vision.
Hyunsoo Hong;Samuel Kim;Wonvin Kim;Wonki Kim;Jae-moon Jeong;Seong Su Kim
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.291-295
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2024
Vibration occurs not only in daily life but also in various fields such as semiconductors, aerospace, vehicles, and ships. Unexpected vibrations can cause fatigue damage to structures and degrade the performance of the entire system, having very detrimental effects. Particularly, low-frequency vibrations can be very harmful to precision equipment, human bodies, and buildings. Therefore, mitigating low-frequency vibrations is essential for effective vibration reduction. In this study, a kirigami-inspired composite meta-structure is proposed for low-frequency vibration reduction. Inspired by kirigami, the meta-structure is designed to transform from a three-dimensional to a two-dimensional form upon compression, leveraging structural advantages. Additionally, it is designed to have quasizero stiffness characteristics, providing excellent vibration reduction performance even at low frequencies. The kirigami composite meta-structure was fabricated using carbon fiber reinforced TPU through 3D printing. Its structural and vibrational characteristics were evaluated and analyzed through compression and vibration tests.
In this study, the nonlinear vibrations of stepped beams having different boundary conditions were investigated. The equations of motions were obtained by using Hamilton's principle and made non dimensional. The stretching effect induced non-linear terms to the equations. Natural frequencies are calculated for different boundary conditions, stepped ratios and stepped locations by Newton-Raphson Method. The corresponding nonlinear correction coefficients are also calculated for the fundamental mode. At the second part, an alternative method is produced for the analysis. The calculated natural frequencies and nonlinear corrections are used for training an artificial neural network (ANN) program which has a multi-layer, feed-forward, back-propagation algorithm. The results of the algorithm produce errors less than 2.5% for linear case and 10.12% for nonlinear case. The errors are much lower for most cases except clamped-clamped end condition. By employing the ANN algorithm, the natural frequencies and nonlinear corrections are easily calculated by little errors, and the computational time is drastically reduced compared with the conventional numerical techniques.
In this paper, an active vibration control of a translating tensioned string with the use of an electro-hydraulic servo mechanism at the right boundary is investigated. The dynamics of the moving strip is modeled as a string with tension by using Hamilton’s principle for the systems with changing mass. The control objective is to suppress the transverse vibrations of the strip via boundary control. A right boundary control law in the form of current input to the servo valve based upon the Lyapunov’s second method is derived. It is revealed that a time-varying boundary force and a suitable passive damping at the right boundary can successfully suppress the transverse vibrations. The exponential stability of the closed loop system is proved. The effectiveness of the control laws proposed is demonstrated via simulations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.10
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pp.1038-1044
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2009
In this study, vibrations of an electric motor are analyzed when the motor has the interaction between mechanical and electromagnetic behaviors. For this vibration analysis a 3-phase 8-pole brushless DC motor is selected. Vibrations of the motor are influenced by coupled electromechanical characteristics. The variation of air-gap induced by vibration has an influence on the inductance of the motor coil. To analyze dynamic characteristics of the rotor, we studied inductance by the variation of an air-gap. After obtaining the kinetic, potential and magnetic energies for the motor, the equations of motion are derived by using Lagrange's equation. By applying the Newmark time integration method to the equations, the dynamic responses for the displacements and currents are computed.
Three dimensional solutions for free vibrations analysis of functionally graded fiber reinforced cylindrical panel are presented, using differential quadrature method (DQM). The orthotropic panel is simply supported at the edges and is assumed to have an arbitrary variation of reinforcement volume fraction in the radial direction. Suitable displacement functions that identically satisfy the simply supported boundary condition are used to reduce the equilibrium equations to a set of coupled ordinary differential equations with variable coefficients, which can be solved by differential quadrature method to obtain natural frequencies. The main contribution of this work is presenting useful results for continuous grading of fiber reinforcement in the thickness direction of a cylindrical panel and comparison with similar discrete laminate composite ones. Results indicate that significant improvement is found in natural frequency of a functionally graded fiber reinforced composite panel due to the reduction in spatial mismatch of material properties.
This paper reported research results to develop an algorithm of on-lin evaluation of surface profiles and roughness generated by turning. The developed module consisted of computer simulation of surface profiles using mechanism of cutting mark formation and cutting vibrations, and online measurement of cutting vibrations. The relative cutting vibrations between tool and worpkiece were measured through an inductance pickup at the rate of one sample per rotation of the workpiece. The sampling process was monitored using an encoder to avoid conceling out the phase lag between waves. The digital cutting signals from the Analog-to-Digital converter were transferred to the simulation module of surface profile where the surface profiles were generated. The developed algorithm or surface generation in a hard turning was analyzed through computer simulations to consider the stochastic and dynamic nature of cutting process. Cutting tests were performed using AISI 304 Stainless Steel and carbide inserts in practical range of cutting conditions. Experimental results showed good correlation between the surface profiles and roughness obtained using the developed algorithm and the surface texture measured using a surface profilemeter. The research provided the feasibility to monitor surface characteristics during tribelogical tests considering wear effect on surface texture in machining.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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