In this paper, an identification method of impact force is proposed for composite structures. In this method, the relation between force histories and strain responses is first formulated. The transfer matrix, which relates the strain responses of sensors and impact force information, is constructed from the finite element method (FEM). Based on this relation, an optimization model to minimize the difference between the measured strain responses and numerically evaluated strain responses is built up to obtain the impact force history. The identification of force history is performed by a modified least-squares method that imposes the penalty on the first-order derivative of the force history. Moreover, from the relation of strain responses and force history, an error vector indicating the force location is defined and used for the force location identification. The above theory has also been extended into the cases when using acceleration information instead of strain information. The validity of the present method has been verified through two experimental examples. The obtained results demonstrate that the present approach works very well, even when the internal damages in composites happen due to impact events. Moreover, this method can be used for the real-time health monitoring of composite structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.418-429
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2011
Researches using time reversal acoustics (TRA) for impact localization have been paid attention to recently. Dispersion characteristics of Lamb waves, which restrict the utility of classical nondestructive evaluation based on time-of-flight information, can be compensated through the application of TRA to Lamb waves on a plate. This study investigates the spatial focusing performance of time reversal Lamb waves on a plate using finite element analysis. In particular, the virtual sensor effect caused by multiple wave reflections at the boundaries of the plate is shown to enable the spatial focusing of Lamb waves though a very small number of surface-bonded piezoelectric (PZT) sensors are available. The time window size of forward response signals, are normalized with respect to the number of virtual active sensors. Then their effects on the spatial focusing performance of Lamb waves are investigated.
Kim, Hwang-Pill;Ahn, Chang Won;Hwang, Younghun;Lee, Ho-Yong;Jo, Wook
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.54
no.2
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pp.86-95
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2017
Active search for lead-free piezoceramics over the last decade has harvested a considerable amount of achievements both in theory and in practice. Few would deny that those achievements are highly beneficial, but agree that this quest of developing the lead-free piezoceramics in replace for PZTs is successfully completed. Nevertheless, few would clearly state where this quest should be directed in our next move. A source of this uncertainty may originate from the fact that it is still not clear how good is good enough to beat PZTs. In this short review, we analyzed the existing literature data to clearly locate the current state of the art of lead-free piezoceramics in comparison to PZT-based piezoceramics. Four strategies of a potential importance were suggested and discussed to help researchers plan and design their future research on lead-free piezoceramics with a recently reported exemplary work.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.48
no.9
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pp.611-615
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1999
Piezoelectric properties of PMN-PZT ceramics with $CeO_2$ impurity were investigated. Mechanical quality factor, $Q_m$ of 1792, 1285 and the electromechanical coupling coefficient, $k_p$ of 0.52, 0.54 were obtained from the specimen with 0.25 and 0.5 mole % $CeO_2$ respectively. Curie temperature was decreased with the addition of $CeO_2$ while the electric coercive field was proportional to the amount of impurity. Based on the system ceramics with 0.5 mole % cerium oxide, a Rosen type piezoelectric transformer was fabricated and tested. Voltage step-up ratios of 230 and 13 were obtained from the transformer at no load and $100 k\Omega$ resistance, respectively. Experimental results showed a potential of the transformer for the practical use coupled with the expected strength increase by the grain size refinement.
Park, Jung-Ho;Bae, Suk-Hui;Kim, Chul-Su;Song, Seok-Cheon;Heo, Chang-Hoe;Lee, Sang-Yeol
Proceedings of the KIEE Conference
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2000.11c
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pp.413-415
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2000
Piezoelectric ceramics of PZT have been developed to apply for transformers in notebook. Use of piezoelectric ceramics in applications like piezoelectric transformers was made possible by the development of new materials with high electromechanical coupling coefficients and high mechanical quality factor. "Hard" ferroelectiric ceramics of complex composition based on lead zirconate titanate with Mn additive have been prepared. The perovskitic phase reaction of the oxides. The crucial role played by the intermediate mixing and grinding procedures in the assessment of the final properties of the material was investigated. Densification up to approximately the theoretical density value was achieved. The polarization was obtained by subjecting the samples at $30kVcm^{-1}$ poling electric field, in a silicon oil bath heated at $110^{\circ}C$. Their microstructural and morphological properties were checked by X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy. The optimized samples presented very high qualify and electromechanical coupling factors, together with small dielectric loss.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.8
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pp.476-482
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2016
Convectional PZT based piezoelectric ceramics have to sinter at high temperature about $1,200^{\circ}C$ for their suitable electrical properties. However, some issues: low temperature sintering piezoelectric ceramic composition and reliable internal electrode, have recently attracted a great deal of interest as a highly efficient multi-layered piezoelectric ceramics. In order to optimize low temperature sintering conditions of thick-film PMN-PZ-PT ceramic, it was investigated sintering and piezoelectric properties according to the change of $LiBiO_2$ contents. Thus, the superior piezoelectric properties were found at the pallet type PMN-PZ-PT optimized with low sintering processing at $925^{\circ}C$ including 7 wt% $LiBiO_2$ sintering aid. Consequentially, we successfully manufactured thick-film PMN-PZ-PT ceramics, which had superior piezoelectric and dielectric properties, with 5 wt% of $LiBiO_2$ sintering aid at temperature of $900^{\circ}C$.
Kim Woo-Jin;Kim Jae-Yeol;Yoon Sung-Un;Jang Jong-Hoon;Kim You-Hong;Choi Choul-jun
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2005.05a
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pp.48-53
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2005
The world, coming into the 21st century, is preparing a new revolution called a knowledge-based society after the industrial society. The interest of the world is concentrated on information technology, nano-technology and biotechnology. In particular, the nano-technology of which study was originally started from an alternative for overcoming semiconductor micro-technology. It can be applied to most industry subject such as electronics, information and communication, machinery, chemistry, bioengineering, energy, etc. They are emerging into the technology that can change civilization of human beings. Specially, ultra precision machining is quickly applied to nano-technology in the field of machinery. Lately, with rapid development of electronics industry and optic industry, there are needs for super precision finishing of various core parts required in such related apparatuses. This paper handles stability of a super precision micro cutting machine that is a core unit of such a super precision finisher, and analyzes the results depending on the hinge type and material change, using FEM analysis. By reviewing the stability, it is possible to achieve the effect of basic data collection for unit control and to reduce trials and errors in unit design and manufacturing.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.34
no.2
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pp.90-98
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2021
Piezoelectric ceramic fiber composite (PCFC) was fabricated using a planar electrode printed piezoelectric ceramic fiber driven in transverse mode for small-scale wind energy harvester applications. The PCFC consisted of an epoxy matrix material and piezoelectric ceramic fibers sandwiched by interdigitated electrode (IDE) patterned polyimide films. The PCFC showed an excellent mechanical performance under a continuous stress. For the fabrication of PCB cantilever harvester, five -PCFCs were vertically attached onto a flexible printed circuit board (PCB) substrate, and then PCFCs were serially connected through a printed Cu circuit. The energy harvesting performance was evaluated applying an inverted structure, which imples its free leading edge located at an open end but the trailing edge at a clamped end, to enhance strain energy in a wind tunnel. The output voltage of the PCB cantilever harvester was increased as the wind speed increased. The maximum output power was 17.2 ㎼ at a resistance load of 200 ㏀ and wind speed of 9 m/s. It is considered that the PCB cantilever energy harvester reveals a potential use for wind energy harvester applications.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.6
s.183
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pp.166-173
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2006
In this study, a probe array has been developed for use in a data storage device that is based on scanning probe microscope (SPM) and MEMS technology. When recording data bits by poling the PZT thin layer and reading them by sensing its piezoresponse, commercial probes of which the tip heights are typically shorter than $3{\mu}m$ raise a problem due to the electrostatic forces occurring between the probe body and the bottom electrode of a medium. In order to reduce this undesirable effect, a poly-silicon probe with a high aspect-ratio tip was fabricated using a molding technique. Poly-silicon probes fabricated by the molding technique have several features. The tip can be protected during the subsequent fabrication processes and have a high aspect ratio. The tip radius can be as small as 15 nm because sharpening oxidation process is allowed. To drive the probe, electrostatic actuation mechanism was employed since the fabrication process and driving/sensing circuit is very simple. The natural frequency and DC sensitivity of a fabricated probe were measured to be 18.75 kHz and 16.7 nm/V, respectively. The step response characteristic was investigated as well. Overshoot behavior in the probe movement was hardly observed because of large squeeze film air damping forces. Therefore, the probe fabricated in this study is considered to be very useful in probe-based data storages since it can stably approach toward the medium and be more robust against external shock.
Lead-free ferroelectric ceramics are widely researched today for industrial applications as sensors, actuators and transducers. Since $Pb(Zr_aTi_{1-a})O_3$-(PZT) has high Curie temperature($T_C$), high piezoelectric properties near its morphotropic phase boundary(MPB) composition and small temperature dependence electrical behavior, it has been used to commercial materials for wide temperature range and different application fields. According to the tolerance factor concept, since the $Bi^{3+}$ cation with 12-fold coordinate has a smaller ionic radius than 12-fold coordinate $Pb^{2+}$, most bismuth based perovskites possess a smaller tolerance factor. Therefore, MPBs with a higher $T_C$ may be expected in $Bi(Me^{3+})O_3PbTiO_3$ solid solutions. As in lead based perovskite systems, it is clear that we need to explore more materials in simple or complex bismuth based MPB systems. The objective of this study is to investigate the $Bi(Ni_{1_a}X_a)O_3-PbTiO_3(X=Ti^{4+},\;Nb^{5+})$ perovskite solid-solution. For improving the electronic conduction problem, the magnesium and manganese modified system was also studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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