The ultrasonic motor have recently begun to be used for certain unique practical utilizations in the fields of industrial medical consumer and automotive applications. Ultrasonic motor stimulated to ultrasonic oscillations by piezoelectrics to drive a rotor via friction contact. The metal and ceramic composite component was used as the stator element to generate ultrasonic vibrations. The ultrasonic motor used here was the windmill type ultrasonic motor operated by single-phase AC source. The windmill type ultrasonic motors has only three components; a stator element of two windmill shape slotted metal endcaps a rotor and a bearing. In this paper a prototype motor with 11.35 mm diameter was fabricated then relationship between the pressing force applied to a rotor and the rotation characteristic of windmill type ultrasonic motor are investigated when stator’s slots was changed from 4, 6, 8 and thickness changed from 0.15, 0.20 mm, respectively. Optimum pressing force applied to a rotor in the six stators was 1.2 mN.
The present paper investigated the correlation between the acoustic pressure variations and the augmentation of heat transfer in the ultrasonic induced acoustic fields. The augmentation ratios of heat transfer coefficient were experimentally measured and were compared with the profile of the pressure distribution in the acoustic fields predicted by numerical analysis. For numerical analysis, a coupled finite element-boundary element method (coupled FE-BEM) was applied. The results of the present study reveal that the acoustic pressure is higher near two ultrasonic transducers than other points where no ultrasonic transducer was installed. The augmentation trend of heat transfer is similar with the profile of the acoustic pressure distribution. In other words, as the acoustic pressure increases, the higher augmentation ratio of heat transfer is obtained. Numerical and experimental studies clearly show that the acoustic pressure variations are closely related to the augmentation of heat transfer in the acoustic fields.
This study introduces about development of multi-DOF ultrasonic motor that are composed of a bar-shaped stator and a spherical rotor. The ultrasonic motor is a motor which is operated by vibrations over frequency of 20kHz. The multi-DOF ultrasonic motor will be developed by expanding the basic theory of existing 1-DOF ultrasonic motor. It can generate 3-DOF rotation of the rotor around perpendicular axes using 3 vibration modes of stator. By using finite element methods, the optimal dimension of stator is decided and made the components of stator. When we apply the multi-DOF ultrasonic motor composed of rotor and stator to the driving test system, it will be checked whether the motor can be driven at the direction of 3-DOF or not. And it is proposed how the simulation of square bar shaped multi-DOF ultrasonic motor is accomplished.
Miniaturization and lightweight are increasingly the recent trend in the manufacture of electric appliances and machine parts. So technology of micro joining for joining materials is indispensable. This paper gives a description of an experimental study of the ultrasonic welding of metals. In ultrasonic metal welding, high frequency vibrations are combined with pressure to join two materials together quickly and securely, without producing significant amount of heat. Ultrasonic metal welder consists of Transducer, Booster, and Horn that are designed very accurately to get the natural frequencies and vibration mode. In this study, The horn was designed and analyzed the natural frequency by the modal analysis and harmonic analysis. And using a fiber optic sensor, we measured the amplitude and analyzed the Fast Fourier Transformed result. Using the horn, Ultrasonic metal welding between Ni sheet and Ni sheet of 0.1mm thickness was accomplished under the optimal conditions of static pressure 0.15MPa, vibration amplitude 45% and welding time of 0.28s. This result can be used for ultrasonic metal welding in manufacturing industry.
A solar thermal collector is a solar collector specifically intended to collect heat: that is, to absorb sunlight to provide heat. A flat plate is the most common type of solar thermal collector, and is usually used as a solar hot water panel to generate solar hot water. A flat plate collector consists basically of an insulated metal box with a glass or a plastic cover and a dark-colored copper absorber plate. Solar radiation is absorbed by the copper absorber plate and transferred to water that circulates through the collector in copper tubes. Ultrasonic welding is an industrial technique whereby high-frequency ultrasonic acoustic vibrations are locally applied to work pieces being held together under pressure to create a solid-state weld. In this study, we developed solar collector ultrasonic welding machine with digital controlled power supply and tested various welding conditions such as welding pressure, welding amplitude, welding speed. Welding speed was considered in 2~12m/min. The width of ultrasonic welds was increased with welding amplitude by 2.2~2.5mm. The fracture load of ultrasonic welds showed 20% higher than domestic products.
Acoustic streaming Induced by longitudinal vibration at 30 kHz is visualized for a test fluid flow between the stationary glass plate and ultrasonic vibrating surface with particle imaging velocimetry (PIV) To measure an increase in the velocity of air flow due to acoustic streaming, the velocity of air flow in a gap between the heat source and ultrasonic vibrator is obtained quantitatively using PIV. The ultrasonic wave propagating into air in the gap generates steady-state secondary vortex called acoustic streaming which enhances convective cooling of the stationary heat source. Heat transfer through air in the gap is represented by experimental convective heat transfer coefficient with respect to the gap. Theoretical analysis shows that gaps for maximum heat transfer enhancement are the multiple of half wavelength. Optimal gaps for the actual design are experimentally found to be half wavelength and one wavelength. A drastic temperature variation exists for the local axial direction of the vibrator according to the measurement of the temperature distribution in the gap. The acoustic streaming velocity of the test fluid in the gap is at maximum when the gap agrees with the multiples of half wavelength of the ultrasonic wave, which are specifically 6 mm and 12 mm.
The objectives in the present study are to investigate that the enhancement heat transfer was experimentally measured and was compared with the acoustic pressure obtained by numerical analysis. From the results of the present study, a strong Fluid motion initiated by ultrasonic vibrations can affect heat and mass transfer. This phenomenon. called acoustic streaming, clearly observed by PIV measurement leads to increase in velocity of a Fluid which is a crucial physical concept to explain the enhancement heat transfer. The heat transfer coefficient is increased with increase in the ultrasonic intensities. The largest enhancement heat transfer (about 26%) is measured at the ultrasonic intensity of 300W. Acoustic streaming results from sudden acoustic pressure variations in the liquid. The results of numerical analysis reveal that acoustic pressure is increased by 59.5% at the ultrasonic intensity of 300W. The higher acoustic pressure near four ultrasonic transducers develops more intensive flow destroying the flow instability. Also, the profiles of acoustic pressure variation are consistent with those of enhancement heat transfer.
매립이 완료된 Landfills이나 오염된 지하수의 오염물질을 제거하여 다른 용도로 재사용하는 기술이 오늘날 중요한 문제로 대두되고 있다. 진동을 이용하여 제가효율을 높히는 방법은 요즘 흔히 사용되고 있는 방법중의 하나이다. Ultrasonic의 효과를 사용함으로써, 기계적인 제거효과가 대단하다는 것은 이미 몇몇 연구자들에 의해 확인된바 있다. 이 연구에서는 Probe-Type Lutrasonic Processor를 사용하여 Clayey-Sand Chamber를 가지고 실험을 해보았다. 실험중 계속적인 Pumping과 함께 Ultrasonic을 작동시킨 결과, Clayey 입자들의 분리 및 제거에 큰 효과를 얻었으며, 그로 인하여 투수계수가 크게 증가하는 효과를 보았다. 또한, 실험 전과 후의 입자크기의 분포도가 크게 변했는데, 그 이유는 Ultrasonic의 진동효과 때문이다. 실험결과, 0.004mm 이하의 입자들은 Ultrasonic의 효과에 의해 Mobilize되었으며, 0.04-1.0mm의 입자는 부서져서 작은 입자로 되었다. 이 기구를 사용하기 위한 유지비와 전력비등을 고려하여 이 기구의 실용성을 검토해 보았다. 필요한 Power를 위해 요구되는 전력의 양은 깊이에 의한 대상 site의 응력, 온도, 그리고 Fuid의 Viscosity에 의해 좌우되며, 그중 가장 큰 영향을 미치는 요소는 흙의 깊이이다. 여러 가지의 다른 깊이에서의 경제적인 실용성을 1.0, 2.0in 직경의 Horn Sonicator를 사용했을 경우에 대하여 비교와 분석을 하였다.
In this study, the performance of polyvinyl butyral interlayered friction stir welded (PVBFSWed) and ultrasonic vibration-assisted friction stir welded (UVaFSWed) AA7075-T651 joints are investigated, considering the effect of tool rotation and welding speed. The joints' tensile strength, microhardness, microstructure, and fracture behavior are evaluated. The UVaFSWed joints showed better performance compared to the PVBFSWed joints. The highest tensile strength of 322.8 MPa and microhardness of 157 Hv in weld nugget is observed for the UVaFSWed joint at a tool rotation of 2000 rpm and welding speed of 40 mm/min. However, the lowest surface roughness of 7.98 ㎛ was observed for the UVaFSWed joint at a tool rotation of 1400 rpm and welding speed of 40 mm/min. Comparatively lower tensile strength and microhardness were observed for the PVBFSWed joints compared to UVaFSWed joints. The fracture for the UVaFSWed and PVBFSWed joints mainly occurred in the heat-affected zone during the tensile test. The scanning electron microscopy (SEM) images show the more uniform, equiaxed grain distribution in the UVaFSWed joint.
초음파 진동에 의한 음향유동을 활용한 냉각 메카니즘과 대류열전달 향상에 관한 연구가 실험 및 이론적으로 수행되었다. 음향유동 형태와 열전달 특성이 제시되었다. Nyborg 이로에 의한 가열판의 이론적 과도 온도분포는 실험에 의해 측정되었다. 10$\mu\textrm{m}$의 진폭으로 4분안에 3$0^{\circ}C$의 온도강하가 발생하였다. 진폭을 25$\mu\textrm{m}$로 증가시킴에 따라 본 연구의 실험장비에서 습득할 수 있는 최대 온도강하인 4$0^{\circ}C$를 얻을 수 있었다. 실험에서 측정할 수 있었던 주파수 28.4kHz에서의 진폭 25$\mu\textrm{m}$ 조건에서의4$0^{\circ}C$의 온도강하를 이론적 열전달 해석으로도 검증할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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