Mishra, Kaushik;Panda, Subrata K.;Kumar, Vikash;Dewangan, Hukum Chand
Smart Structures and Systems
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v.26
no.3
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pp.391-401
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2020
The present article reports the feasibility of the electrical energy generation from ambient low-frequency vibration using a piezoelectric material mounted on a bimorph cantilever beam actuator. A corresponding higher-order analytical model is developed using MATLAB in conjunction with finite element method under low-frequency with both damped and undamped conditions. An alternate model is also developed to check the material and dimensional viability of both piezoelectric materials (mainly focussed to PVDF and PZT) and the base material. Also, Genetic Algorithm is implemented to find the optimum dimensions which can produce the higher values of voltage at low-frequency frequencies (≤ 100 Hz). The delamination constraints are employed to avoid inter-laminar stresses and to increase the fracture toughness. The delamination has been done using a Teflon sheet sandwiched in between base plates and the piezo material is stuck to the base plate using adhesives. The analytical model is tested for both homogenous and isotropic material characteristics of the base material and extended to investigate the effect of the different geometrical parameters (base plate dimensions, piezo layer dimensions and placement, delamination thickness and placement, excitation frequency) on the model responses of the bimorph cantilever beam. It has been observed that when the base material characteristics are homogenous, the efficiency of the model remains higher when compared to the condition when it is of isotropic material. The necessary convergence behaviour of the current numerical model has been established and checked for the accuracy by comparing with available published results. Finally, using the results obtained from the model, a prototype is fabricated for the experimental validation via a suitable circuit considering Glass fibre and Aluminium as the bimorph material.
Masatoshi Kawakami;Hideyuki Horisawa;Kim, Itsuro ura
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.294-299
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2004
An assessment of a novel laser-electric hybrid propulsion system was conducted, in which a laser-induced plasma was induced through laser beam irradiation onto a solid target and accelerated by electrical means instead of direct acceleration only by using a laser beam. A fundamental study of newly developed rectangular laser-assisted pulsed-plasma thruster (PPT) was conducted. On discharge characteristics and thrust performances with increased peak current compared to our previous study to increase effects of electromagnetic forces on plasma acceleration. Maximum peak current increased for our early study by increasing electromagnetic effects in a laser assisted PPT. At 8.65 J discharge energy, the maximum current reached about 8000 A. Plasma behaviors emitted from a thruster in various cases were observed with an ICCD camera. It was shown that the plasma behaviors were almost identical between low and high voltage cases in initial several hundred nanoseconds, however, plasma emission with longer duration was observed in higher voltage cases. Canted current sheet structures were also observed in the higher voltage cases using a larger capacitor. With a newly developed torsion-balance type thrust stand, thrust performances of laser assisted PPT could be estimated. The impulse bit and specific impulse linearly increased. On the other hand, coupling coefficient and the thrust efficiency did not increase linearly. The coupling coefficient decreased with energy showing maximum value (20.8 ?Nsec/J) at 0 J, or in a pure laser ablation cases. Thrust efficiency first decreased with energy from 0 to 1.4 J and then increased linearly with energy from 1.4 J to 8.6 J. At 8.65 J operation, impulse bit of 38.1 ?Nsec, specific impulse of 3791 sec, thrust efficiency of 8 %, and coupling coefficient of 4.3 ?Nsec/J were obtained.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2007.06a
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pp.111-111
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2007
Further scaling the semiconductor devices down to low dozens of nanometer needs the extremely shallow depth in junction and the intentional counter-doping in the silicon gate. Conventional ion beam ion implantation has some disadvantages and limitations for the future applications. In order to solve them, therefore, plasma source ion implantation technique has been considered as a promising new method for the high throughputs at low energy and the fabrication of the ultra-shallow junctions. In this paper, we study about the effects of DC bias and base pressure as a process parameter. The diluted mixture gas (5% $PH_3/H_2$) was used as a precursor source and chamber is used for vacuum pressure conditions. After ion doping into the Si wafer(100), the samples were annealed via rapid thermal annealing, of which annealed temperature ranges above the $950^{\circ}C$. The junction depth, calculated at dose level of $1{\times}10^{18}/cm^3$, was measured by secondary ion mass spectroscopy(SIMS) and sheet resistance by contact and non-contact mode. Surface morphology of samples was analyzed by scanning electron microscopy. As a result, we could accomplish the process conditions better than in advance.
Kim, Young-Jin;Park, Seung-Hee;Jin, Kyu-Nam;Lee, Chang-Gil
Land and Housing Review
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v.2
no.4
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pp.407-413
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2011
This paper reports a novel structural health monitoring (SHM) technique for detecting de-bonding between a concrete beam and CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) sheet that is attached to the concrete surface. To achieve this, a multi-scale actuated sensing system with a self-sensing circuit using piezoelectric active sensors is applied to the CFRP laminated concrete beam structure. In this self-sensing based multi-scale actuated sensing, one scale provides a wide frequency-band structural response from the self-sensed impedance measurements and the other scale provides a specific frequency-induced structural wavelet response from the self-sensed guided wave measurement. To quantify the de-bonding levels, the supervised learning-based statistical pattern recognition was implemented by composing a two-dimensional (2D) plane using the damage indices extracted from the impedance and guided wave features.
The existing CFT columns present the deterioration in confining effect after the yield of steel tube, local buckling and the deterioration in load capacity. If lateral load such as earthquake load is applied to CFT columns, strong shearing force and moment are generated at the lower part of the columns and local buckling appears at the column. In this study, axial compression test and beam-column test were conducted for existing CFT square column specimens and those reinforced with carbon fiber sheets (CFS). The variables for axial compression test were width-thickness ratio and the number of CFS layers and those for beamcolumn test were concrete strength and the number of CFS layers. The results of the compression test showed that local buckling was delayed and maximum load capacity improved slightly as the number of layers increased. The specimens' ductility capacity improved due to the additional confinement by carbon fiber sheets which delayed local buckling. In the beam-column test, maximum load capacity improved slightly as the number of CFS layers increased. However, ductility capacity improved greatly as the increased number of CFS layers delayed the local buckling at the lower part of the columns. It was observed that the CFT structure reinforced with carbon fiber sheets controlled the local buckling at columns and thus improved seismic performance. Consequently, it was deduced that the confinement of CFT columns by carbon fiber sheets suggested in this study would be widely used for reinforcing CFT columns.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.3
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pp.177-183
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2023
Various failure modes occur in the concrete beams reinforced with GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) under initial condition and repairing patterns. In this study, the failure behaviors of concrete beams restrengthened with GFRP sheet with slightly higher elastic modulus than concrete were investigated. For the tests, concrete beams with 24 MPa were manufactured, and the effects of initial notch, overlapping, end-strip reinforcement, and fiber anchors were analyzed on failure load. The cases of GFRP overlap around notch and the initial notch showed increasing failure loads similar to those of normal restrengthened case since the epoxy of the saturated GFRP sufficiently repaired the notch area. Compared to the control case without restrengthening of GFRP, the concrete with initial notch showed 0.78 of loading ratio and normal restrengthening showed 4.43~5.61 times of increasing ratio of failure loading, where interface-debonding from flexural crack were mainly observed. The most ideal failure behavior, break of GFRP, was observed when end-strip over 1/3 height from bottom and fiber anchor were installed, which showed increasing failure load over 150 % to normal restrengthening.
Unreinforced masonry buildings represent a significant portion of the existing and historical buildings around the world. Recent earthquakes have shown the need for seismic retrofitting for these types of buildings. Various types of retrofitting materials (i.e., shotcrete, ECC and Fiber Reinforced Polymer sheets (FRPs)) for unreinforced masonry buildings (URM) have been developed. Engineers prefer to use FRPs, because these materials enhance the shear strength of the wall without expansion of wall sectional area and adding weight to the total structure. However, the complexity of the mechanical behavior of the masonry wall and the lack of experimental data from walls retrofitted by FRPs may cause problems for engineers to determine an appropriate retrofitting level. This paper investigate in-plane behavior of URM and retrofitted masonry walls using two different types of FRP materials to determine and provide information for the retrofitting effect of FRPs on masonry shear walls. Specimens were designed to idealize the wall of a low-rise apartment which was built in 1970s in Korea with no seismic reinforcements with an aspect ratio of 1. Retrofitting materials were carbon FRP and Hybrid sheets which have different elastic modulus and ultimate strain capacities. Consequently, this study evaluated the structural capacity of masonry shear walls and the retrofitting effect of an FRP sheet for in-plane behavior. Also, the results were compared to the results obtained from the evaluation method for a reinforced concrete beam retrofitted with FRPs.
60 nm- and 20 nm-thick hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) layers were deposited on 200 nm $SiO_2/Si$ substrates using ICP-CVD (inductively coupled plasma chemical vapor deposition). A 10 nm-Ni layer was then deposited by e-beam evaporation. Finally, 10 nm-Ni/60 nm a-Si:H/200 nm-$SiO_2/Si$ and 10 nm-Ni/20 nm a-Si:H/200 nm-$SiO_2/Si$ structures were prepared. The samples were annealed by rapid thermal annealing for 40 seconds at $200{\sim}500^{\circ}C$ to produce $NiSi_x$. The resulting changes in sheet resistance, microstructure, phase, chemical composition and surface roughness were examined. The nickel silicide on a 60 nm a-Si:H substrate showed a low sheet resistance at T (temperatures) >$450^{\circ}C$. The nickel silicide on the 20 nm a-Si:H substrate showed a low sheet resistance at T > $300^{\circ}C$. HRXRD analysis revealed a phase transformation of the nickel silicide on a 60 nm a-Si:H substrate (${\delta}-Ni_2Si{\rightarrow}{\zeta}-Ni_2Si{\rightarrow}(NiSi+{\zeta}-Ni_2Si)$) at annealing temperatures of $300^{\circ}C{\rightarrow}400^{\circ}C{\rightarrow}500^{\circ}C$. The nickel silicide on the 20 nm a-Si:H substrate had a composition of ${\delta}-Ni_2Si$ with no secondary phases. Through FE-SEM and TEM analysis, the nickel silicide layer on the 60 nm a-Si:H substrate showed a 60 nm-thick silicide layer with a columnar shape, which contained both residual a-Si:H and $Ni_2Si$ layers, regardless of annealing temperatures. The nickel silicide on the 20 nm a-Si:H substrate had a uniform thickness of 40 nm with a columnar shape and no residual silicon. SPM analysis shows that the surface roughness was < 1.8 nm regardless of the a-Si:H-thickness. It was confirmed that the low temperature silicide process using a 20 nm a-Si:H substrate is more suitable for thin film transistor (TFT) active layer applications.
The mixing vanes attached to the spacer grid of rod bundles are used to improve the heat transfer in heat exchanger devices by controlling the characteristics of the flow structures and turbulence. In this study, velocity patterns induced by two types of mixing vane(split and swirl vane) are measured by the PIV technique to better understand how to effect on the cross and secondary vortex flow patterns in $5{\times}$ rod bundle simulating the fuel assembly of the nuclear reactor. A successful measurement of the lateral velocity patterns was conducted using a specially designed beam sheet generator and experimental loop at KAERI. As the result, we found that for the cross flow between subchannels, the split vane is more effective than the swirl vane, while for the secondary vortex flow in each subchannel, the swirl vane's one is larger and longer than split vane's one.
In this paper, yield stress, tangent modulus and failure strain were varied to ascertain the influence of impact response such as impact force histories and residual energy. And the buckling behavior of FML(Fiber Metal Laminates) were analyzed using numerical method. A number of analyses on FML and aluminum panel were conducted for shear and compression loading to compare the capability of stability. And to evaluate the static performance, static analysis has performed for box beam structure. Low-velocity impact analysis has performed on FML made of aluminum 2024 sheet and glass/epoxy prepreg layers. And the buckling and static performance of FML have been compared to aluminum using the analysis results. For the comparison of structural performance, similar analyses have been carried out on monolithic aluminum 2024 sheets of equivalent weight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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