• 한국항공우주학회지
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• 제32권4호
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• pp.18-23
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• 2004

본 논문에서는 고 전압, 고 응력 하에 있는 압전 재료의 재료 비선형 거동을 실험적으로 밝히고, 수치적으로 모사하였다. 응력 하에서, 압전 재료의 비선형 거동을 표현 할 수 있는 실험식을 압전 변형율에서 만들어 내었다. 그 식은 재료 비선형 해석을 위하여, 증분 형태의 유한요소 식에 적용되었다. 압전 상수에 대한 새로운 정의와 증분 형태로 표현된 압전 변형율이 보다 나은 비선형 거동의 복원을 위하여 유한 요소 정식화과정에 적용되었다. 이것으로, 높은 전기장 영역에서도, 박판형 압전 재료의 비선형 거동을 정확하게 복원하였다. 일련의 수행된 실험과 연구 과정의 검증을 위하여, 압전재료 바이모프 보 작동기가 수치적으로와 실험적으로 사용되었다. 재료 비선형 유한요소해석으로 예측된 변위와 실험으로 구해진 변위가 잘 일치함을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제13권10호
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• pp.777-784
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• 2003

본 논문에서는 압전소자를 이용한 코너 지지된 직사각형 박판의 음향 반응에 대한 제어에 관하여 이론과 실험적인 연구를 하였다. 3개의 각각 다른 종횡비의 알루미늄판을 사용하였고 고정은 4개의 코너에서 볼조인트를 이용하였다. 그 결과 종횡비가 가장 큰 박판에서 0∼200Hz 진동수와 80∼100dB의 음압의 가진에서 예측대로 가장 크고 선명한 응답을 보였다. 압전소자에 의한 판을 통한 음향전달 감소는 크지 않았지만, 압전소자를 이용한 음향반응 제어는 기대 이상으로 현저하였다. 본 실험은 항공기 승강문의 음장 가진에 대한 선행 연구를 확장시킨 독창적인 연구이다. 가장 중요한 차이점은 문의 조인트를 볼 조인트로 모사한 것이다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제21권12호
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• pp.1185-1191
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• 2011

The kinematic characteristics of cutting device significantly affects cutting performance in 2-dimensional elliptical vibration cutting(EVC) where the cutting tool cuts workpiece, traversing a micro-scale elliptical trajectory in a trochoidal motion. In this study, kinematical characteristics of EVC device constructed with two parallel stacked piezoelectric actuators were analytically modeled and compared with the experimental results. The EVC device was subjected to step and low-frequency(0.1 Hz) sinusoidal inputs to reveal only its kinematical displacement characteristics. Hysteresis in the motion of the device was observed in the thrust direction and distinctive skew of the major axis of the elliptical trajectory of the cutting tool was also noticed. Discrepancy in the voltage-to-displacement characteristics of the piezoelectric actuators was found to largely contribute to the skew of the major axis of the elliptical trajectory of the cutting tool. Analytical kinematical model predicted the cutting direction displacement within 10 % error in magnitude with no phase error, but in estimating the thrust direction displacement, it showed a $27^{\circ}$ of phase-lag compared with the measured displacement with no magnitude error.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제22권9호
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• pp.903-909
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• 2012

In elliptical vibration cutting(EVC) where the cutting tool traces a micro-scale 2-dimensional elliptical trajectory, the kinematical and vibrational characteristics of the EVC device greatly affect cutting performance. In this study, kinematical and vibrational characteristics of an EVC device constructed with two orthogonally-arranged stacked piezoelectric actuators were investigated both analytically and experimentally. The step voltage was applied to the orthogonal EVC device and the associated displacements of the cutting tool were measured to assess kinematical characteristics of the orthogonal EVC device. To investigate the vibrational characteristic of the orthogonal EVC, sinusoidal voltage was applied to the EVC device and the resulting displacements were measured. It was found from experiments that coupling of displacements in the thrust and cutting directions and the tilt of the major axis of the elliptical trajectory exists. In addition, as the excitation frequency is in vicinity of resonant frequencies the distortion in the shape of the elliptical trajectory becomes greater and change in the rotation direction occurs. To correct the shape distortion of the elliptical trajectory, the shape correcting procedure developed for the parallel EVC device was applied for the orthogonal EVC device and it was shown that the shape correcting method successfully corrects distortion.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.495-502
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• 2004

This paper presents the vibration analysis and the performance evaluation of cantilevers with probing tips for non-contact scanning probe microscopy. One of the current issues of the scanning probe microscopy technology is to increase the measurement speed, which is closely tied with the dynamic characteristics of cantilevers. The primary concern in this research is to investigate the relation between the maximum possible speed of non-contact scanning probe microscopy and the dynamic characteristics of cantilevers. First, the finite element analysis is made for the vibration characteristics of various cantilevers in use. The computed natural frequencies of the cantilevers are in good agreement with measured ones. Then, each cantilever is tested with topographic measurement for a standard sample with the scanning speed changed. The performances of cantilevers are analyzed along with the natural frequencies of cantilevers. Experiments are also performed to test the effects of how to attach cantilevers in the piezo-electric actuator. Finally, measurement sensitivity has been analyzed to enhance the performance of scanning probe microscopy.

• Smart Structures and Systems
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• 제9권5호
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• pp.427-439
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• 2012

The present paper deals with the analytical solution of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder in the magnetic field under mechanical, thermal and electrical loads. All mechanical, thermal and electrical properties except Poisson ratio can be varied continuously and gradually along the thickness direction of the cylinder based on a power function. The cylinder is assumed to be axisymmetric. Steady state heat transfer equation is solved by considering the appropriate boundary conditions. Using Maxwell electro dynamic equation and assumed magnetic field along the axis of the cylinder, Lorentz's force due to magnetic field is evaluated for non homogenous state. This force can be employed as a body force in the equilibrium equation. Equilibrium and Maxwell equations are two fundamental equations for analysis of the problem. Comprehensive solution of Maxwell equation is considered in the present paper for general states of non homogeneity. Solution of governing equations may be obtained using solution of the characteristic equation of the system. Achieved results indicate that with increasing the non homogenous index, different mechanical and electrical components present different behaviors along the thickness direction. FGP can control the distribution of the mechanical and electrical components in various structures with good precision. For intelligent properties of functionally graded piezoelectric materials, these materials can be used as an actuator, sensor or a component of piezo motor in electromechanical systems.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 춘계학술대회논문집
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• pp.263-268
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• 2003

This paper presents a result of performance evaluation fur non-contact scanning probe microscopy with respect to the vibration characteristics of cantilevers with tips. One of the current issues of the scanning probe microscopy technology is to increase the measurement speed, which is closely tied with the dynamic characteristics of cantilevers. The primary concern in this research is to investigate the relation between the maximum possible speed of non-contact scanning probe microscopy and the dynamic characteristics of cantilevers. First, the finite element analysis is made fur the vibration characteristics of various cantilevers in use. The computed natural frequencies of the cantilevers are in good agreement with measured ones. Then, each cantilever is tested with topographic measurement for a standard sample with the scanning speed changed. The performances of cantilevers are analyzed along with the natural frequencies of cantilevers. Experiments are also performed to test the effects of how to attach cantilevers in the piezo-electric actuator. Finally, measurement sensitivity has been analyzed to enhance the performance of scanning probe microscopy.

• 전력전자학회논문지
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• 제3권3호
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• pp.165-172
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• 1998

USM의 전기 기계적인 변환은 USM의 고정자에 정렬된 PZT트랜듀서를 구동하기 위한 2-상 고주파 전력 변환부와 고정자와 회전자 사이에 마찰력을 변환하는 기계적인 트러로써 나눠지며 이러한 구조특성 때문에 온도에 의한 비선형 특성이 내포하게 된다. 초음파 모터의 외함의 온도가 +2$0^{\circ}C$~3$0^{\circ}C$에서는 정상적인 특성을 나타내지만 장시간의 운전에 의한 모터의 마찰열에 의해 온도증가는 구동주파수, 구동전류, 속도의 감소를 가져온다. 현재 사용되고 있는 초음파 모터는 온도에 대한 보상이 이뤄지지 않고 있다. 본 논문에서는 퍼지제어 기법을 통해 초음파 모터의 운전중 외함의 온도증가에 따른 속도 보상용 시스템을 제안한다.

• 한국광학회지
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• 제22권1호
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• pp.46-52
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• 2011

본 연구에서는 레버 증폭 구조를 이용한 플렉서 기반의 나노 스테이지를 설계, 제작하였다. 제작된 나노 스테이지를 샘플 스테이지로 채용한 공초점현미경을 개발하였다. 2차원 이미징의 구현을 위해서, 기존의 공초점현미경은 레이저를 이미징 평면상에 스캐닝하는 방식으로 구현된다. 본 연구에서는 백 나노미터의 구동정밀도를 가지는 나노 스테이지 위에 놓인 샘플을 2차원으로 스캐닝하면서 2차원 이미지를 구현할 수 있는 공초점현미경을 개발하였다. 플렉서 기반의 나노 스테이지는 이중 판스프링, 변위증폭 레버, PZT 엑추에이터 그리고 변위 센서로 구성 되어 있다. 스테이지의 구동 성능 해석을 위해 상용 유한요소 해석 프로그램을 이용하였다. 현미경에 사용되는 광원은 적색광 레이저이며, 레이저는 여러 광학요소를 거쳐 샘플스테이지의 샘플에 입사되고, 반사된 빛은 광센서인 PMT(Photo Multiplying Tube)로 계측되게 된다. 계측된 빛의 크기를 이용하여서 2차원 이미징을 구현하였다. 개발된 공초점 현미경으로 생쥐 귀의 피부조직을 관찰하여 현미경의 이미징 성능을 검증하였다. 설계된 샘플 스테이지는 기존의 공초점 현미경의 기계적인 Beam 스캐너를 대신함으로써 현미경의 광경로 및 전체시스템을 간소화 하였다.