Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.938-941
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2001
A tool holder system has been designed and builted to measure cutting forces in diamond turning. This system design includes a 3-component piezo-electric tranducer. Initial experiments with tool holder system included verification of its predicted dynamic characteristics as well as a detailed study of cutting parameters. In this research, tool holder system is modeled by considering the element dividing, material properties, and boundary conditions using MSC/PATRAN. Mode and frequency analysis of structure is simulated by MSC/NASTRAN, for the purpose of developing the effective design. In addition, tool holder system is verified by vibration test using accelerometer. Many cutting experiments have been conducted on 6061-T6 aluminum. Tests have involved investigation of velocity effects, and the effects of depth and feedrate on tool force. Cutting velocity has been determined to have negligible effects between 4 and 21㎧.(6) Forces generally increase with increasing depth of cut. Increasing feedrate does not necessarily lead to higher forces. Results suggest that a sample model may not be sufficient to describe the forces produced in the diamond turning process.
In this article, free vibration behavior of electro-magneto-thermo sandwich Timoshenko beam made of porous core and Graphene Platelet Reinforced Composite (GPLRC) in a thermal environment is investigated. The governing equations of motion are derived by using the modified strain gradient theory for micro structures and Hamilton's principle. The magneto electro are under linear function along the thickness that contains magnetic and electric constant potentials and a cosine function. The effects of material length scale parameters, temperature change, various distributions of porous, different distributions of graphene platelets and thickness ratio on the natural frequency of Timoshenko beam are analyzed. The results show that an increase in aspect ratio, the temperature change, and the thickness of GPL leads to reduce the natural frequency; while vice versa for porous coefficient, volume fractions and length of GPL. Moreover, the effect of different size-dependent theories such as CT, MCST and MSGT on the natural frequency is investigated. It reveals that MSGT and CT have most and lowest values of natural frequency, respectively, because MSGT leads to increase the stiffness of micro Timoshenko sandwich beam by considering three material length scale parameters. It is seen that by increasing porosity coefficient, the natural frequency increases because both stiffness and mass matrices decreases, but the effect of reduction of mass matrix is more than stiffness matrix. Considering the piezo magneto-electric layers lead to enhance the stiffness of a micro beam, thus the natural frequency increases. It can be seen that with increasing of the value of WGPL, the stiffness of microbeam increases. As a result, the value of natural frequency enhances. It is shown that in hc/h = 0.7, the natural frequency for WGPL = 0.05 is 8% and 14% less than its for WGPL = 0.06 and WGPL = 0.07, respectively. The results show that with an increment in the length and width of GPLs, the natural frequency increases because the stiffness of micro structures enhances and vice versa for thickness of GPLs. It can be seen that the natural frequency for aGPL = 25 ㎛ and hc/h = 0.6 is 0.3% and 1% more than the one for aGPL = 5 ㎛ and aGPL = 1 ㎛, respectively.
A target of this paper is to get some elementary experimental data on the energy harvesting using a piezoelectric material. A THUNDER series piezo material (TH7-R), which has been developed by NASA engineer is selected for this study. In order to provide a mechanical energy to the piezoelectric material, a mechanical motion vibrator and its driving electronics are designed. Using a simple PWM control, the excitation frequency of vibrating mechanical motion is varied. The generated electric power as a function of the excitation frequency is monitored and analyzed. This initial experiment shows a possible energy source using a piezoelectric material for the application to low-power consumed small electronic devices such as RFID, MEMS, and etc.
Under the external shearing stress, the external radial stress and the electric potential simultaneously, the piezoelectric hollow cylinder transducer is studied. With the Airy stress function method, the analytical solutions of this transducer are obtained based on the theory of piezo-elasticity. The solutions are compared with the finite element results of Ansys and a good agreement is found. Inherent properties of this piezoelectric cylinder transducer are presented and discussed. It is very helpful for the design of the bearing controllers.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2000.10a
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pp.63-67
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2000
A tool holder system has been designed to measure cutting forces in diamond turning. This system includes a 3-component piezo-electric tranducer. In this research, tool holder system is modeled by considering the element dividing, material properties, and boundary conditions using MSC/PATRAN. Mode and frequency analysis of structure is simulated by MSC/NASTRAN, for the purpose of developing the effective design. In addition, tool holder system is verified by vibration test using accelerometer. This system will aid to the development of Fast Tool Servo (FTS)
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.07b
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pp.735-738
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2003
Downsizing electronics requires precision position control with an accuracy of sub-micron order, which demands development of ultra-fine displacive devices. Piezoelectric transducer is one of devices transferring electric field energy into mechanical energy and being capable for fine displacement control. The transducer has been widely used as fine Position control device Multilayer piezoelectric actuator, one of typical piezo-transducer, is fabricated by stacking alternatively ceramic and electrode layers several hundred times followed by cofiring process. Electrode material should be tolerable in the firing process maintaining at ceramic-sintering temperatures up to $1100{\sim}1300^{\circ}C$. Ag-Pd can be used as stable electrode material in heat treatment above $960^{\circ}C$. Besides, adding small quantity ceramic powder allow the actuator to be fabricated in a good shape by diminishing shrinkage difference between ceramic and electrode layers, resulting in avoidance of crack and delamination at and/or nearby interface between ceramic an electrode layers. This study presents synthesis of nano-oxide-added Ag/Pd powders and its feasibility to candidate material tolerable at high temperature. The powders were formed in a co-precipitation process of Ag and Pd in nano-oxide-dispersed solution where Ag and Pd precursors are melted in $HNO_3$ acid.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.11
no.3
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pp.221-228
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1998
In this study, the $\beta$-Polyvinylidene fluoride(PVDF) thin films were fabricated by physical vapor deposition method. Also, the properties of dielectric relaxation were studied to understand carrier's behavior of PVDF thin films, to be regarded as the excellent piezo and pyroelectricity. In the process of vapor deposition, the $\beta$-PVDF thin films have been fabricated under the condition of the substrate temperature at 3$0^{\circ}C$, the applied electric field at 142.8kV/cm and the pressure at 2.0${\times}10^{-5}$torr. The dielectric properties of PVDF have been studied in the frequency range 10Hz to 1MHz at temperature from 30 to $100^{\circ}C$. The relative dielectric constant of $\alpha$ and $\beta$-PVDF were 6.8 and 9.8, respectively, under a frequency of 1kHz. Such a phenomenon was caused by the decrease in intermolecular forces originated by the phase-transition from the TGTG' molecular conformation to the TT planar zig-zag conformation. And the relative dielectric constant is increased as a measuring temperature increases, because of the reduction of relaxation time caused by the decrease of intermolecular force.
Asrari, Reza;Ebrahimi, Farzad;Kheirikhah, Mohammad Mahdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.659-674
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2020
The present paper employs nonlocal strain gradient theory (NSGT) to study buckling behavior of functionally graded magneto-electro-thermo-elastic (FG-METE) nanoshells under various physical fields. NSGT modeling of the nanoshell contains two size parameters, one related to nonlocal stress field and another related to strain gradients. It is considered that mechanical, thermal, electrical and magnetic loads are exerted to the nanoshell. Temperature field has uniform and linear variation in nanoshell thickness. According to a power-law function, piezo-magnetic, thermal and mechanical properties of the nanoshell are considered to be graded in thickness direction. Five coupled governing equations have been obtained by using Hamilton's principle and then solved implementing Galerkin's method. Influences of temperature field, electric voltage, magnetic potential, nonlocality, strain gradient parameter and FG material exponent on buckling loads of the FG-METE nanoshell have been studied in detail.
Yang, Seung-Man;Kim, Do-Hyung;Han, Jae-Hung;Lee, In
Composites Research
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v.12
no.2
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pp.1-9
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1999
The piezoelectric material connected to external electric networks possesses frequency dependent stiffness and loss factor which are also affected by the shunting circuit. The external electric networks are generally specialized for two shunting circuits: one is the case of a resistor alone and the other is the combination of a resistor and an inductor. For resistive shunting, the material properties exhibit frequency dependency similar to viscoelastic materials, but are much stiffer and more independent of temperature. Shunting with a resistor and inductor introduces an electrical resonance, which can change the characteristics of structural resonance optimally in a manner analogous to a PMD (proof mass damper). Passive damping enhancement of composite beam using piezoelectric material connected to external electrical networks is achieved and presented in this paper.
Kunbar, Laith A. Hassan;Hamad, Luay Badr;Ahmed, Ridha A.;Faleh, Nadhim M.
Smart Structures and Systems
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v.25
no.5
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pp.619-630
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2020
This paper studies nonlinear free vibration characteristics of nonlocal magneto-electro-elastic (MEE) nanobeams resting on nonlinear elastic substrate having geometrical imperfection by considering piezoelectric reinforcement scheme. The piezoelectric reinforcement can cause an enhanced vibration behavior of smart nanobeams under magnetic field. All of previously reported studies on MEE nanobeams ignore the influences of geometric imperfections which are very substantial due to the reason that a nanobeam cannot be always perfect. Nonlinear governing equations of a smart nanobeam are derived based on classical beam theory and an analytical trend is provided to obtained nonlinear vibration frequency. This research shows that changing the volume fraction of piezoelectric constituent in the material has a great influence on vibration behavior of smart nanobeam under electric and magnetic fields. Also, it can be seen that nonlinear vibration behaviors of smart nanobeam are dependent on the magnitude of exerted electric voltage, magnetic potential, hardening elastic foundation and geometrical imperfection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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