Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.1083-1089
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2010
Shape memory alloys (SMAs) are smart materials. The unique characteristics of SMAs enable the production of large force and displacement. Hence, SMAs can be used in many applications such as in actuators and active structural acoustic controllers; the SMAs can also be used for dynamic tuning and shape control. A SMA torque tube actuator consisting of SMA tubes and superelastic springs is proposed, and the behaviors of the actuator are investigated. From the results of heat transfer analysis, it is proved that the SMA torque tube actuator with both resistive heating of SMA itself and a separate conventional heating rod in the tube core has good performance. The behavior of an actuator system was analyzed by performing a contact analysis, and the twisting motion was noticed when checking the actuation. 3D SMA nonlinear constitutive equations were formulated numerically and implemented by performing a nonlinear analysis by using Abaqus UMAT.
In this study, LIPCA-S2 actuator with a piezoelectric single crystal layer and a carbon/epoxy layer was designed and evaluated to increase actuation performance of piezo-composite unimorph actuator. A curvature change model generated by the induced strain of a piezoelectric layer was used to predict the tip displacement of the piezo-composite unimorph cantilever. However, we found that there was big difference between the predicted and the measured tip displacement of LIPCA-S2 cantilever actuator when we used the previous linear prediction model. A new prediction model considering the change of piezoelectric strain coefficient and elastic modulus for the compression stress variation of the PMN-29PT single crystal layer was used and it was found that the difference between the predicted and the measured tip displacement reduced considerably.
Song, Gangbing;Ma, Ning;Li, Luyu;Penney, Nick;Barr, Todd;Lee, Ho-Jun;Arnold, Steve
Smart Structures and Systems
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v.7
no.1
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pp.1-13
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2011
It has been shown in the literature that active adjustment of the intake area of a jet engine has potential to improve its fuel efficiency. This paper presents the design and control of a novel proof-of-concept active jet engine intake using Nickel-Titanium (Ni-Ti or Nitinol) shape memory alloy (SMA) wire actuators. The Nitinol SMA material is used in this research due to its advantages of high power-to-weight ratio and electrical resistive actuation. The Nitinol SMA material can be fabricated into a variety of shapes, such as strips, foils, rods and wires. In this paper, SMA wires are used due to its ability to generate a large strain: up to 6% for repeated operations. The proposed proof-of-concept engine intake employs overlapping leaves in a concentric configuration. Each leaf is mounted on a supporting bar than can rotate. The supporting bars are actuated by an SMA wire actuator in a ring configuration. Electrical resistive heating is used to actuate the SMA wire actuator and rotate the supporting bars. To enable feedback control, a laser range sensor is used to detect the movement of a leaf and therefore the radius of the intake area. Due to the hysteresis, an inherent nonlinear phenomenon associated with SMAs, a nonlinear robust controller is used to control the SMA actuators. The control design uses the sliding-mode approach and can compensate the nonlinearities associated with the SMA actuator. A proof-of-concept model is fabricated and its feedback control experiments show that the intake area can be precisely controlled using the SMA wire actuator and has the ability to reduce the area up to 25%. The experiments demonstrate the feasibility of engine intake area control using an SMA wire actuator under the proposed design.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.127-132
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2001
In this paper, transmitted sound reduction performance of smart panels is studied according to different piezoelectric materials with piezoelectric shunt damping. Peizo-damping is implemented by using a newly proposed tuning method. This method is based on electrical impedance model and maximizing the dissipated energy at the shunt circuit. By measuring the electrical impedance at the piezoelectric patch bonded on a structure, an equivalent electrical model is constructed near the system resonance frequency. After shunting elements are connected to the equivalent circuit, the shunt parameters are optimally searched based on the criterion of maximizing the dissipated energy at the shunt circuit. Transmitted sound reduction performance is compared according to different piezoelectric materials with peizo-damping. Two piezoelectric materials are selected: PZT-5 and QuickPack IDE actuator. When resonant shunt circuit is considered, the use of PZT-5 exhibited the good sound reduction performance.
This paper presents a pseudo-sensor-output-feedback(PSOF) method for the vibration suppression of the flexible piezoelectric smart structures. This method reduces the modeling errors using pseudo sensors in the output equation formulation. It also reduces computation time in practice. since the output equation does not need the state observer required in the state space equation. Experimental works are performed for the validation of theoretical predictions with the piezoelectric sensor and actuator bonded on the cantilever beam. An algorithm based on the sliding mode control theory is developed and analyzed for the robustness to the modeling errors and parameter uncertainties. This study also discusses the characteristics of the active and semi-active systems.
Active surface adjustment of cable net structures is becoming significant when large-size cable net structures are widely applied in various fields, especially in satellite antennas. A general-duty adjustment method based on active cables is proposed to achieve active surface adjustment or surface profile reconfiguration of cable net structures. Piezoelectric actuators and voice coil actuators are selected for constructing active cable structures and their simplified mechanical models are proposed. A bilevel optimization model of active surface adjustment is proposed based on the nonlinear static model established by the direct stiffness method. A pattern search algorithm combined with the trust region method is developed to solve this optimization problem. Numerical examples of a parabolic cable net reflector are analyzed and different distribution types of active cables are compared.
Many types of smart materials and control laws are available to actively adjust the structure from various external disturbances. Usually, a certain type of control laws to activate a specific smart material is well established, but the effectiveness of the control scheme is limited by the choice of the smart materials and the responses of the structure. ER fluid is adequate to provide relatively large control force, on the other hand, the PZT patches are suitable to provide small but arbitrary control forces at any point along the structure. It was found that active vibration control mechanism using ER fluid failed to suppress the excitation off the resonant frequency with changed structural characteristics along the frequency response function of the closed loop of the control system. To compensate this additional peak of the closed loop system, PPF control using PZT as an actuator is added to construct a hybrid controller.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.8
no.4
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pp.288-298
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2008
We introduce new type of networked robot, Ubiquitous Robotic Companion (URC), embedded with ATLAS Service-oriented architecture for enhancing the space sensing capability. URC is a network-based robotic system developed by ETRI. For years of experience in deploying service with ATLAS sensor platform for elder and people with special needs in smart houses, we need networked robots to assist elder people in their successful daily living. Recently, pervasive computing technologies reveals possibilities of networked robots in smart spaces, consist of sensors, actuators and smart devices can collaborate with the other networked robot as a mobile sensing platform, a complex and sophisticated actuator and a human interface. This paper provides our experience in designing and implementing system architecture to integrate URC robots in pervasive computing environments using the University of Florida's ATLAS service-oriented architecture. In this paper, we focus on the integrated framework architecture of URC embedded with ATLAS platform. We show how the integrated URC system is enabled to provide better services which enhance the space sensing of URC in the smart space by applying service-oriented architecture characterized as flexibility in adding or deleting service components of Ubiquitous Robotic Companion.
In this study, a new smart beam finite element is proposed for the finite element modeling of beam-type smart structures that are equipped with bonded plate-type piezoelectric sensors and actuators. Constitutive equations for the direct piezoelectric effect and converse piezoelectric effect of piezoelectric materials are considered in the formulation. By using a variational principle, the equations of motion for the smart beam finite element are derived. The proposed 2-node beam finite element is an isoparametric element based on Timoshenko beam theory. The proposed smart beam finite element is applied to the free vibration control adopting a constant gain feedback scheme. The electrical force vector, which is obtained in deriving an equation of motion, is the control force equivalent to that in existing literature. Validity of the proposed element is shown through comparing the analytical results of the verification examples with those of other previous researchers. With the use of smart beam finite elements, simulation of free vibration control is demonstrated by sensing the voltage of the piezoelectric sensors and by applying the voltages to the piezoelectric actuators.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.4
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pp.233-240
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2022
The smart weapon system is a new weapon system of the future battlefield environment as a miniature guided weapon that performs precision strike missions through terminal phase guidance. However, it has small coverage to guide due to its low maneuverability because the smart weapon is controlled by using actuator of piezoelectric drive type due to the structural limitations. In this paper, we propose a firing data calculation algorithm under non-standard conditions to increase the effectiveness of the smart weapon. The proposed algorithm calculates firing data under non-standard conditions by calibrating firing data under standard conditions using information acquired in battlefield environments. The performance of the proposed algorithm is verified by numerical simulations under various conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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