In this article, the acoustic responses of free vibrated natural fibre-reinforced polymer nanocomposite structure have been investigated first time with the help of commercial package (ANSYS) using the multiphysical modelling approach. The sound relevant data of the polymeric structure is obtained by varying weight fractions of the natural nanofibre within the composite. Firstly, the structural frequencies are obtained through a simulation model prepared in ANSYS and solved through the static structural analysis module. Further, the corresponding sound data within a certain range of frequencies are evaluated by modelling the medium through the boundary element steps with adequate coupling between structure and fluid via LMS Virtual Lab. The simulation model validity has been established by comparing the frequency and sound responses with published results. In addition, sets of experimentation are carried out for the eigenvalue and the sound pressure level for different weight fractions of natural fibre and compared with own simulation data. The experimental frequencies are obtained using own impact type vibration analyzer and recorded through LABVIEW support software. Similarly, the noise data due to the harmonically excited vibrating plate are recorded through the available Array microphone (40 PH and serial no: 190569). The numerical results and subsequent experimental comparison are indicating the comprehensiveness of the presently derived simulation model. Finally, the effects of structural design parameters (thickness ratio, aspect ratio and boundary conditions) on the acoustic behaviour of the natural-fibre reinforced nanocomposite are computed using the present multiphysical model and highlighted the inferences.
Bragg reflector type FBAR was fabricated on the Si(100) substrate. We measured a frequency response of the resonator at 5.2 GHz and analyzed it by numerical calculation considering actual acoustic losses of each layer in the structure. We fabricated nine layer Bragg reflector of W-SiO$_2$pairs using r.f. sputtering method and fabricated AlN piezoelectric and Al electrodes using pulsed dc sputtering. The return loss(S$_{11}$) of the fabricated Bragg reflector type FBAR was 12 dB at 5.38 GHz and the series resonance frequency(f$_{s}$) was 5.376 GHz and the parallel resonance frequency(f$_{p}$) was 5.3865 GHz. Effective electro-mechanical coupling constant (K$_{eff{^2}}$) and Quality factors(Q$_{s}$), the Figures of Merit of the resonator, were about 0.48% and 411, respectively. We extracted acoustic parameters of AlN piezoelectric and reflection coefficient of the Bragg reflector by numerical calculation. We could know that material acoustic impedance and wave velocity of AlN piezoelectric decreased for intrinsic value and the electromechanical coupling constant(K$_2$) value was very low owing to the poor quality of the AlN piezoelectric. Reflection coefficient of Bragg reflector was 0.99966 and reflection band was very wide from 2.5 to 9.5 GHz.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.974-979
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2008
A design process for the structure-borne noise in a passenger vehicle is presented. The proposed process is improved from the previous one. The major difference between the current and last ones is that most of the countermeasures should be developed before fixing a tool for structural parts. This is requested for QCDP(Quality, Cost, Delivery and Productivity) by the design engineers. The proposed one consists of 4 steps: Problem definition, Cause analysis, Development of counter-measure and Validation. Based on the general rule: divide and conquer, the complex problem can be simplified into a few critical sub-systems through the first step: Problem definition. Secondly, the critical causes can be identified for the critical sub-systems through the second step: Cause analysis. Thirdly, effective countermeasures are investigated and produced through the third step: Countermeasure development. The proposed countermeasures are finally validated in the forth step: Validation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.694-698
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2006
This paper presents an optimal design process using beads on a body panel to improve interior noise of a passenger vehicle. Except modification of structural members, it is difficult to find effective countermeasures that can work for the intermediate frequency range from 100 Hz to 300 Hz which lies between the booming and low medium frequency. In this study, it is a major goal to find additional counter-measures for this intermediate frequency range by performing optimal design of beads on body panels. The proposed method for design optimization consists of 4 sub-steps, that is, a) problem definition, b) cause analysis, c) countermeasure development and d) validation. The objective function is minimization of interior noise level. The major design variables are the geometrical shape of a bead and combination of beads on the critical panels. Sensitivity analysis and optimization are performed according to the predefined process for an optimal design. It is verified that the proposed design decreases the level of noise transfer function above 5 dB.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.903-912
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2007
One of the crucial factors which determine the quality and the accuracy of SEA model is how subsystems are defined. Experimental SEA technique had been a unique way to divide entire systems accurately for mid-frequency range, until FEA based virtual FRF response technique, virtual SEA method presented. Virtaul SEA has been developed for predictive SEA tool in early design process. In this study, Modal analysis results from modified crash FE model is used for Statistical transfer matrix. Observation nodes on the cockpit are grouped by attractive substructuring method based on point to point transfer and correlation matrix. Complex cockpit structure is divided into subsystems by automatic substructuring. Comparison with experimental SEA results validates the application of Virtual SEA to cockpit.
El Maani, Rabii;El Hami, Abdelkhalak;Radi, Bouchaib
Structural Engineering and Mechanics
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v.65
no.4
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pp.359-368
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2018
Dynamic analysis of complex and large structures may be costly from a numerical point of view. For coupled vibroacoustic finite element models, the importance of reducing the size becomes obvious because the fluid degrees of freedom must be added to the structural ones. In this paper, a component mode synthesis method is proposed for large vibroacoustic interaction problems. This method couples fluid subdomains and dynamical substructuring of Craig and Bampton type. The acoustic formulation is written in terms of the velocity potential, which implies several advantages: coupled algebraic systems remain symmetric, and a potential formulation allows a direct extension of Craig and Bampton's method to acoustics. Those properties make the proposed method easy to implement in an existing finite element code because the local numerical treatment of substructures and fluid subdomains is undifferentiated. Test cases are then presented for axisymmetric geometries. Numerical results tend to prove the validity and the efficiency of the proposed method.
The epitaxially grown Mg-doped GaN thin film was prepared by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) for a SAW(Surface Acoustic Wave) filter. Mg-doped GaN thin film had enough properties for a SAW filter which include crystallinity and morphology. The surface morphology and crystalline of the Mg-doped GaN thin films were characterized using AFM and an X-ray rocking curve. The SAW filter, which was fabricated by lift-off process and frequency response, was measured by HP 8753C network analyzer. Center frequency was 96.687 MHz and SAW velocity was 5801 m/s when wavelength(λ) was 60${\mu}{\textrm}{m}$. Insertion loss was over -10 dB, Q was factor over 200, and side lobe attenuation was over 22 dB which was suitable for use as a SAW filter. Electro-mechanical coupling coefficient (k$^2$) was calculated from the measured data. k$^2$ was from 1 % to 1.44 %. The fabricated SAW filter using Mg-doped GaN/sapphire structure has good qualities as a filter and will be used as a SAW filter for operating RF frequency.
Binita Dash;Trupti R Mahapatra;Punyapriya Mishra;Debadutta Mishra
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.3
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pp.265-281
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2024
The sound radiation responses of multi-layer composite plates subjected to harmonic mechanical excitation in hygrothermal environment is numerically investigated. A homogenized micromechanical finite element (FE) based on the higher-order mid-plane kinematics replicating quadratic function as well as the through the thickness stretching effect together with the indirect boundary element (IBE) scheme has been first time employed. The isoparametric Lagrangian element (ten degrees of freedom per node) is used for discretization to attain the hygro-thermo-elastic natural frequencies and the modes of the plate via Hamilton's principle. The effective material properties under combined hygrothermal loading are considered via a micromechanical model. An IBE method is then implemented to attain structure-surrounding coupling and the Helmholtz wave equation is solved to compute the sound radiation responses. The effectiveness of the model is tested by converging it with the similar analytical/numerical results as well as the experimentally acquired data. The present scheme is further hold out for solving diverse numerical illustrations. The results revealed the relevance of the current higher-order FE-IBE micromechanical model in realistic estimation of hygro-thermo-acoustic responses. The geometrical parameters, volume fraction of fiber, layup, and support conditions alongside the hygrothermal load is found to have significant influence on the vibroacoustic characteristics.
Piezoelectric composites have been widely used in broadband acoustic transducers because of their lower acoustic impedance and higher electro-mechanical coupling factor. However, their complex structure has placed many limitations on the design of various transducers. This paper suggests the methodology to substitute the 1-3 piezocomposites by a single-phased material that has properties equivalent to those of the piezocomposites. The resonant method and finite element analysis (FEA) are used to derive the equivalent properties that can accurately depict resonant properties at various vibration modes of the piezocomposites. Validity of the suggested method is confirmed by comparing frequency characteristics of fabricated 1-3 piezocomposite specimens and FEA models. Further, accuracy of the derived material constants is checked by applying the equivalent properties to FEA models of the single phase material for various resonant modes.
In this study, a 33-mode Free-Flooded Ring (FFR) transducer was designed to apply piezoelectric single crystal PIN-PMN-PT, which has high piezoelectric constants and electromechanical coupling coefficient. To ensure low-frequency high transmitting sensitivity characteristics with a small size of FFR transducer, the commercial FFR transducer based on piezoelectric ceramics was compared. To develop the FFR transducer with broadband characteristics, a piezoelectric segmented ring structure inserted with inactive elements was applied. The oil-filled structure was applied to minimize the change of acoustic characteristics of the ring transducer. It was verified that the transmitting voltage response, underwater impedance, and beam pattern matched the finite element numerical simulation results well through an acoustic test. The difference in the transmitting voltage response between the measured and the simulated results is about 1.3 dB in cavity mode and about 0.3 dB in radial mode. The fabricated FFR transducer had a higher transmitting voltage response compared to the commercial transducer, but the diameter was reduced by about 17 %. From this study, it was confirmed that the feasibility of a single crystal-applied FFR transducer with compact size and high-power characteristics. The effectiveness of the performance prediction by simulation was also confirmed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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