$(Bi_{1/2}Na_{1/2})_{0.94}Ba_{0.06}(Ti_{1-x}Nb_x)O_3$ (BNBTxNb) ceramics were investigated in terms of the crystal structure as well as the ferroelectric, dielectric, and piezoelectric properties. While little change was observed in the microstructure except for a slight decrease in the average grain size, a significant change was noticed in the temperature dependence of dielectric and piezoelectric properties. It was shown that the property changes are closely related to the downward shift in the position of the ferroelectric-to-relaxor transition temperature with increasing amount of Nb doping. A special emphasis is put on the fact that Nb doping is so effective at decreasing the ferroelectric-to-relaxor transition temperature that even at no more than 2 at.% Nb addition, the transition temperature was already brought down slightly below room temperature, resulting in the birth of a large strain at 0.46 %, equivalent to $S_{max}/E_{max}=767pm/V$.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.33
no.5
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pp.452-458
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2013
Impedance based monitoring technique was investigated to evaluate the damage occurring in wind turbine blade. In this study, PVDF film piezo sensors were patched on the 10 kW wind turbine blade, and impedance was measured over the frequency range of 1~200 MHz under fatigue loading. With applying fatigue loads on the blade, change in maximum deflection of the blade and local strain values could be obtained from the strain gages attached on the blade, and difference of the impedance signatures was also observed. From these data, it could be found that local damage or geometrical change in the blade structure happened. To quantitatively compare the impedance signature patterns, a statistical algorithm, scalar damage metric M was used. It was calculated from the impedance signatures considering fatigue loads and location of the sensors. The metric values were compared to correlate the metrics with damage in the blade.
오늘날 널리 연구되고 있고 공학자들에게 많은 관심을 끌고있는 압전 세라믹(ceramic)을 이용 하여 자연계에서 일어나는 각종 진동현상을 측정하고 해석하기 위한 센서(sensor)의 설계, 제작은 이미 선진국에서도 보편화된지 오래이다. 특히 압전형 가속도계(piezo type accelerometer)는 진동의 절대 측정에 가장 유용한 센서로 널리 알려져 있다. (1) 아주 넓은 사용 주파수 범위 (2) 넓은 동적범위(dynamic range)에 걸친 뛰어난 선형성(linearity) (3) 측정된 가속도 신호를 전기적으로 적분하여 속도와 변위에 대한 자료 제공 용이 (4) 높은 정확성 (5) 자발 전(self-generating)이므로 외부 전원 공급이 불필요 (6) 수명과 뛰어난 내구성 (7) 작은 크기와 가벼운 무게 등이다. 현재 기계 구조물 진동 측정에 이용되고 있는 스트레인 게이지 형(strain gage-type)의 가속도계는 감도가 좋고 저주파 진동 측정에는 편리한 반면 충격이나 높은 주파수 전동 측정에는 적합하지 않으며 내부 구조가 다소 복잡하다(2). 반면에 압전형 가 속도계는 압전 소자와 관성 질량의 조합 설계로서 저주파 진동 측정에 적합한 고감도의 가속도 계와, 감도는 떨어지나 아주 높은 주파수 범위의 진동까지 측정이 가능한 가속도계를 손쉽게 설계, 제작할 수 있다. 본 글에서는 선진국에 비해 낙후된 국내의 센서 설계, 제작 기술을 고 양시키고자 최근 한국과학기술원에서 시도된 압전형 가속도계의 개발 연구 사례를 중심으로 설계 및 제작시 고려 사항과 보정 문제를 소개하고자 한다.
The characteristics of an impact load and pressure were experimentally investigated. Drop tests were carried out using a modified Wigley with CB = 0.56. The vertical force, pressures, and vertical accelerations were measured. A 6-component load cell was used to measure the forces, piezo-electric sensors were used to capture the impact pressure, and strain-gauge type accelerometers were used to measure the vertical accelerations. A 50-kHz sampling rate was applied to capture the peak values. The repeatability of the measured data was confirmed and the basic characteristics of the impact load and pressure such as the linearity to the falling height were observed for all of the measurements. A simple formula was derived to extract the physical impact load from the measured force based on a simple mass-sensor-mass diagram, which was validated by comparing impact forces with existing data using the mathematical model of Faltinsen and Chezhian (2005). The effects of the elasticity of the model and change in acceleration during the water entry were investigated. It is interesting to observe that the impact loads occurred and reached peak values at the same time duration after water entry for all drop heights.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.8
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pp.726-733
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2004
On-line phase tracking of an extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) and experimental vibration control of a composite beam with a sensing-patch are investigated. We propose a sensing-patch for the compensation of the interferometric non-linearity. In this paper. a sensing-patch that comprises an EFPI and a piezo ceramic(PZT) is fabricated and the characteristics of the sensing-patch are experimentally investigated. A simple and practical logic is applied for the real-time tracking of optical phase of an interferometer Experimental results show that the proposed sensing-patch does not have the non-linear behavior of conventional EFPI and hysteresis of piezoelectric material. Moreover, it has good strain resolution and wide dynamic sensing range. Finally, the vibration control with the developed sensing-patch has been performed using Fuzzy logic controller, and the possibility of sensing-patch as a sensoriactuator is considered.
Ebrahimi, Farzad;Hosseini, S. Hamed S.;Selvamani, Rajendran
Structural Engineering and Mechanics
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v.73
no.5
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pp.565-584
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2020
The nonlinear thermo-electro-elastic buckling behavior of viscoelastic nanoplates under magnetic field is investigated based on nonlocal elasticity theory. Employing nonlinear strain-displacement relations, the geometrical nonlinearity is modeled while governing equations are derived through Hamilton's principle and they are solved applying semi-analytical generalized differential quadrature (GDQ) method. Eringen's nonlocal elasticity theory considers the effect of small size, which enables the present model to become effective in the analysis and design of nano-sensors and nano actuators. Based on Kelvin-Voigt model, the influence of the viscoelastic coefficient is also discussed. It is demonstrated that the GDQ method has high precision and computational efficiency in the buckling analysis of viscoelastic nanoplates. The good agreement between the results of this article and those available in literature validated the presented approach. The detailed mathematical derivations are presented and numerical investigations are performed while the emphasis is placed on investigating the effect of the several parameters such as electric voltage, small scale effects, elastomeric medium, magnetic field, temperature effects, the viscidity and aspect ratio of the nanoplate on its nonlinear buckling characteristics. It is explicitly shown that the thermo-electro-elastic nonlinear buckling behavior of viscoelastic nanoplates is significantly influenced by these effects. Numerical results are presented to serve as benchmarks for future analyses of viscoelastic nanoplates as fundamental elements in nanoelectromechanical systems.
In order to reduce vibration or to control shape of structures made of metal or composites, piezoelectric materials have been extensively used since their discovery in 1880's. A recent trend is also seen to apply piezoelectric materials to flexible structures made of rubber-like materials. In this paper a non-linear finite element model using updated Lagrangian (UL) approach has been developed for static analysis of rubber-elastic material with surface-bonded piezoelectric patches. A compressible stain energy function has been used for modeling the rubber as hyperelastic material. For formulation of the nonlinear finite element model a twenty-node brick element is used. Four degrees of freedom u, v and w and electrical potential ${\varphi}$ per node are considered as the field variables. PVDF (polyvinylidene fluoride) patches are applied as sensors/actuators or sensors and actuators. The present model has been applied to bimorph PVDF cantilever beam to validate the formulation. It is then applied to study the smart rubber components under different boundary and loading conditions. The results predicted by the present formulation are compared with the analytical solutions as well as the available published results. Some results are given as new ones as no published solutions available in the literatures to the best of the authors' knowledge.
It has been widely known that the seismic piezo-cone penetration test (SCPTu) is one of the most useful techniques for investigating the geotechnical characteristics such as static and dynamic soil properties. As practical applications in Korea, SCPTu was carried out at two sites in Busan and four sites in Incheon, which are mainly composed of alluvial or marine soil deposits. From the SCPTu waveform data obtained from the testing sites, the first arrival times of shear waves and the corresponding time differences with depth were determined using the cross-over method, and the shear wave velocity $(V_S)$ profiles with depth were derived based on the refracted ray path method based on Snell's law. Comparing the determined $V_S$ profile with the cone tip resistance $(q_t)$ profile, both trends of profiles with depth were similar. For the application of the conventional CPTu to earthquake engineering practices, the correlations between $V_S$ and CPTu data were deduced based on the SCPTu results. For the empirical evaluation of $V_S$ for all soils together with clays and sands which are classified unambiguously in this study by the soil behavior type classification index $(I_C)$, the authors suggested the $V_S-CPTu$ data correlations expressed as a function of four parameters, $q_t,\;f_s,\;\sigma'_{v0}$ and $B_q$, determined by multiple statistical regression modeling. Despite the incompatible strain levels of the downhole seismic test during SCPTu and the conventional CPTu, it is shown that the $V_S-CPTu$ data correlations for all soils, clays and sands suggested in this study is applicable to the preliminary estimation of $V_S$ for the soil deposits at a part in Korea and is more reliable than the previous correlations proposed by other researchers.
Gold functionalized graphene oxide (GOAu) nanoparticles were reinforced in acrylonitrile-butadiene rubbers (NBR) via solution and melt mixing methods. The synthesized NBR-GOAu nanocomposites have shown significant improvements in their rate of curing, mechanical strength, thermal stability and electrical properties. The homogeneous dispersion of GOAu nanoparticles in NBR has been considered responsible for the enhanced thermal conductivity, thermal stability, and mechanical properties of NBR nanocomposites. In addition, the NBR-GOAu nanocomposites were able to show a decreasing trend in their dielectric constant (${\varepsilon}^{\prime}$) and electrical resistance on straining within a range of 10-70%. The decreasing trend in ${\varepsilon}^{\prime}$ is attributed to the decrease in electrode and interfacial polarization on straining the nanocomposites. The decreasing trend in electrical resistance in the nanocomposites is likely due to the attachment of Au nanoparticles to the surface of GO sheets which act as electrical interconnects. The Au nanoparticles have been proposed to function as ball rollers in-between GO nanosheets to improve their sliding on each other and to improve contacts with neighboring GO nanosheets, especially on straining the nanocomposites. The NBR-GOAu nanocomposites have exhibited piezoelectric gauge factor (${GF_{\varepsilon}}^{\prime}$) of ~0.5, and piezo-resistive gauge factor ($GF_R$) of ~0.9 which clearly indicated that GOAu reinforced NBR nanocomposites are potentially useful in fabrication of structural, high temperature responsive, and stretchable strain-sensitive sensors.
Sun Chung Guk;Jung Gyungja;Jung Jong Hong;Kim Hong-Jong;Cho Sung-Min
한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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2005.09a
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pp.125-153
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2005
It has been widely known that the seismic piezo-cone penetration test (SCPTU) is one of the most useful techniques for investigating the geotechnical characteristics including dynamic soil properties. As the practical applications in Korea, SCPTU was carried out at two sites in Busan and four sites in Incheon, which are mainly composed of alluvial or marine soil deposits. From the SCPTU waveform data obtained from the testing sites, the first arrival times of shear waves were and the corresponding time differences with depth were determined using the cross-over method, and the shear wave velocity profiles (VS) were derived based on the refracted ray path method based on Snell's law and similar to the trend of cone tip resistance (qt) profiles. In Incheon area, the testing depths of SCPTU were deeper than those of conventional down-hole seismic tests. Moreover, for the application of the conventional CPTU to earthquake engineering practices, the correlations between VS and CPTU data were deduced based on the SCPTU results. For the empirical evaluation of VS for all soils together with clays and sands which are classified unambiguously in this study by the soil behavior type classification Index (IC), the authors suggested the VS-CPTU data correlations expressed as a function of four parameters, qt, fs, $\sigma$, v0 and Bq, determined by multiple statistical regression modeling. Despite the incompatible strain levels of the down-hole seismic test during SCPTU and the conventional CPTU, it is shown that the VS-CPTU data correlations for all soils clays and sands suggested in this study is applicable to the preliminary estimation of VS for the Korean deposits and is more reliable than the previous correlations proposed by other researchers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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