• 제목/요약/키워드: aluminum cantilever beam

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비동위치화된 센서와 액추에이터를 이용한 외팔보의 끝단 진동에 대한 직접속도 피드백제어 (Direct Velocity Feedback for Tip Vibration Control of a Cantilever Beam with a Non-collocated Sensor and Actuator Pair)

  • 이영섭
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2004년도 추계학술대회논문집
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    • pp.109-114
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    • 2004
  • This paper presents a theoretical and experimental study of a non-collocated pair of piezopolymer PVDF sensor and piezoceramic PZT actuator, which are bonded on a cantilever beam, in order to suppress unwanted vibration at the tip of the beam. The PZT actuator patch was bonded near the clamped part and the PVDF sensor, which was triangularly shaped, was bonded on the other part of the beam. This is because the triangular PVDF sensor is known that it can detect the tip velocity of a cantilever beam. Because the arrangement of the sensor and actuator pair is not collocated and overlapped each other, the pair can avoid so called 'the in-plane coupling'. The test beam is made of aluminum with the dimension of $200\times20\times2mm$, and the two PZT5H actuators are both $20\times20\times1mm$ and bonded on the beam out-of-phase, and the PVDF sensor is $178mm\times6mm\times52{\mu}m$. Before control, the sensor-actuator frequency response function is confirmed to have a nice phase response without accumulation in a reasonable frequency range of up to 5000 Hz. Both the DVFB and displacement feedback strategies made the error signal from the tip velocity (or displacement) sensor is transmitted to a power amplifier to operate the PZT actuator (secondary source). Both the control methods attenuate the magnitude of the first two resonances in the error spectrum of about 6-7 dB.

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구조용 사각 보의 감쇠측정 (Damping Measurements of Structural Rectangular Beam)

  • 류봉조;송선호;윤충섭;안병욱;이영엽
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2006년도 춘계학술대회논문집
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    • pp.1071-1074
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    • 2006
  • The frequency response functions and loss factors, $\eta$, of structurally hollowed, rectangular, metal cantilever beams have been measured in bending vibrations within low strain amplitudes. The beams were heat treated or fined with aluminum to vary the material conditions. The measured frequency response functions at the end of the cantilevered beam were processed to calculate the structural damping ratios. The results showed that the modal frequencies and damping ratios of heat treated beam are increased due to the increase of beam rigidity with the predictions of the classical beam theory. When the beams are fined with aluminum, however, the frequencies are decreased due to the increase of mass, while the damping ratios are increased. As the agreement between measurement and classical theory is good, the performance of a beam with heat treated or fined with dissimilar material can be duplicated, for industrial and most practical purposes, by the theory developed for an internally damped homogeneous beam.

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간접 충격을 이용한 압전 방식 진동형 에너지 하베스터 (Piezoelectric Vibration Energy Harvester Using Indirect Impact)

  • 주선아;지창현
    • 전기학회논문지
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    • 제66권10호
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    • pp.1499-1507
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    • 2017
  • This paper presents an impact-based piezoelectric vibration energy harvester using a freely movable metal sphere and a piezoceramic fiber-based MFC (Macro Fiber Composite) as piezoelectric cantilever. The free motion of the metal sphere, which impacts both ends of the cavity in an aluminum housing, generates power across a cantilever-type MFC beam in response to low frequency vibration such as human-body-induced motion. Impacting force of the spherical proof mass is transformed into the vibration of the piezoelectric cantilever indirectly via the aluminum housing. A proof-of-concept energy harvesting device has been fabricated and tested. Effect of the indirect impact-based system has been tested and compared with the direct impact-based counterpart. Maximum peak-to-peak open circuit voltage of 39.8V and average power of $598.9{\mu}W$ have been obtained at 3g acceleration at 18Hz. Long-term reliability of the fabricated device has been verified by cyclic testing. For the improvement of output performance and reliability, various devices have been tested and compared. Using device fabricated with anodized aluminum housing, maximum peak-to-peak open-circuit voltage of 34.4V and average power of $372.8{\mu}W$ have been obtained at 3g excitation at 20Hz. In terms of reliability, housing with 0.5mm-thick steel plate and anodized aluminum gave improved results with reduced power reduction during initial phase of the cyclic testing.

경량 압전 복합재료 작동기를 이용한 끝단 질량이 부착된 보의 진동 제어 (Vibration Control of a Beam with a Tip Mass using a Lightweight Piezo-composite Actuator)

  • 란동 마투아;박훈철;구남서
    • 한국항공우주학회지
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    • 제35권3호
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    • pp.218-224
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    • 2007
  • PZT와 같은 압전 재료는 능동 진동 억제 분야에서 널리 사용되고 있지만 단일 PZT의 경우 장착 과정에서의 손상, 전기 누전, 낮은 피로 성능과 같은 문제가 지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 개발된 LIPCA 작동기는 여러 층의 복합재료와 PZT 층으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 LIPCA 작동기를 끝단 질량이 부착된 알루미늄 외팔보의 진동을 억제하는데 적용하였다. 양변위 되먹임 제어 알고리듬을 사용하였으며, 필터 주파수를 대상 모드의 첫 번째 고유진동수에 맞추었다. 실험적으로 구한 알루미늄 보의 고유 진동수는 유한요소 해석의 결과와 잘 일치하였다. LIPCA 작동기를 능동 진동제어에 적용할 때 효율성을 시간과 주파수 영역에서 확인하고자 하였는데, 실험 결과 PPF제어를 사용한 LIPCA 작동기가 자유 진동의 안정화 시간과 강제 진동의 진폭을 효과적으로 제어할 수 있었다. 사례 연구로 다른 두께를 가지는 보의 강제 진동 제어를 수행하였다.

발포 알루미늄으로 된 경사진 이중외팔보 시험편의 접착면에서의 전단 실험 및 시뮬레이션 해석 (Shear Experiment and Simulation Analysis at Bonded Surface of Specimen Tapered Double Cantilever Beam with Expanded Aluminum)

  • 손홍붕;전성식;조재웅
    • Composites Research
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    • 제27권6호
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    • pp.248-253
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    • 2014
  • 본 연구에서는 발포 알루미늄으로 구성된 접착 구조물에서의 접합면에 대한 파괴 특성을 조사하기 위하여 각도를 변수로 정하고 TDCB 시험편을 설계하였다. 이 시험편들은 길이는 200 mm이고 시험편에 대한 접착면의 경사 각도는 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$$12^{\circ}$인 네 가지로 모델링을 하였다. 이 시험편들의 실험 및 해석을 분석한 결과, 경사면 각도가 $6^{\circ}$, $8^{\circ}$, $10^{\circ}$$12^{\circ}$인 경우에 시험편들의 최대 하중은 각각 약 120 N, 137 N, 154 N과 171 N으로 발생하였다. 해석의 결과 값이 실험치에 가까워져 많은 차이를 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이와 같은 연구 방법을 응용하여 실험 대신 시뮬레이션을 통하여 접착제로 접착된 알루미늄 폼으로 된 재료의 전단 거동에 관한 물성치를 효율적으로 파악할 수 있다고 사료된다.

SiC와 흑연 입자 강화 주조용 Al기지 복합재료의 진동감쇠능에 미치는 강화입자조성의 효과 (Effect of Reinforcement Content on Damping Capacities for Castable Aluminum Matrix Composites Reinforced with SiC and Graphite Particles)

  • 최유송
    • 한국군사과학기술학회지
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    • 제7권1호
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    • pp.47-58
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    • 2004
  • Loss factors of A356, Mn-Cu alloy and aluminum matrix composites reinforced with $SiC_p$ and Ni-coated graphite particles at various contents have been investigated using clamped-free cantilever beam method. The loss factors of half-power bandwidth of the specimens were measured over a wide range of frequencies from 50 to 3300Hz. Among the specimens, Al-10%$SiC_p$-10%$C_p$ showed the highest loss factor at the mode I, while Mn-Cu alloy showed the highest loss factors at the modes II and III. Consequently, at the mode I the Al-10%$SiC_p$--10%$C_p$ showed the loss factor of 0.00093, which is 2.64 and 1.58 times higher than those of A356 and Mn-Cu alloy, respectively.

자석과 코일을 이용한 빔의 진동 억제 (Vibration Suppression of Beam Using Magnet and Coil)

  • 성태홍;정정환;오일권
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2007년도 추계학술대회논문집
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    • pp.727-730
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    • 2007
  • Coil inductor has been used widely as an electromagnet, because of the high magnetic filed resulting from the voltage applied to the coil. In this study the coils were used in vibration suppression as an actuator. The control system consists of a coil attached in aluminum beam and a permanent magnet set at its bottom. This actuation method is easy to be incorporated into the system and allows significant forces to be applied without contacting with the structure. Three types of coils (cylindrical type, square type, Circular sheet type) were employed in vibration suppression of cantilever beam. The positive position feedback (PPF) controller was applied to the magnet-coil actuator to suppress the first mode of vibration. Experimental results showed that the cylindrical type and square type coil made good vibration suppression efficiency under PPF controller than their eddy current damper. However, there was minimal difference for the circular sheet type coil if compared with its eddy current damper.

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Active neuro-adaptive vibration suppression of a smart beam

  • Akin, Onur;Sahin, Melin
    • Smart Structures and Systems
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    • 제20권6호
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    • pp.657-668
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    • 2017
  • In this research, an active vibration suppression of a smart beam having piezoelectric sensor and actuators is investigated by designing separate controllers comprising a linear quadratic regulator and a neural network. Firstly, design of a smart beam which consists of a cantilever aluminum beam with surface bonded piezoelectric patches and a designed mechanism having a micro servomotor with a mass attached arm for obtaining variations in the frequency response function are presented. Secondly, the frequency response functions of the smart beam are investigated experimentally by using different piezoelectric patch combinations and the analytical models of the smart beam around its first resonance frequency region for various servomotor arm angle configurations are obtained. Then, a linear quadratic regulator controller is designed and used to simulate the suppression of free and forced vibrations which are performed both in time and frequency domain. In parallel to simulations, experiments are conducted to observe the closed loop behavior of the smart beam and the results are compared as well. Finally, active vibration suppression of the smart beam is investigated by using a linear controller with a neural network based adaptive element which is designed for the purpose of overcoming the undesired consequences due to variations in the real system.

면내 및 면외 하중 조건들에 따른 이종 복합 소재를 가진 경사진 이중외팔보에서의 접착계면의 파괴 특성 연구 (A Study on Fracture Property of Adhesive Interface at Tapered Double Cantilever Beam with Inhomogeneous Composite Material due to Loading Conditions of In-plane and Out-plane)

  • 이정호;김재원;전성식;조재웅
    • Composites Research
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    • 제33권6호
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    • pp.401-407
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    • 2020
  • 공학 및 산업 분야에서는 구조적인 부분들에서 경량 복합 소재가 강과 같은 금속 소재를 대체해 오고 있다. 이러한 복합 소재는 리벳, 용접이나 볼트 및 너트를 이용한 체결 방법을 대신하여 접착제 체결 방법을 적용하고 있다. 복합 소재에 접착제 체결 방법을 적용하기 위해서는 접착계면에 대한 강도 특성 연구가 필수적으로 요구된다. 섬유 강화 플라스틱 복합 소재인 CFRP를 용이하게 가공하여 본 연구를 수행하였다. CFRP와 알루미늄(Al6061), 알루미늄 폼(Al-foam)을 가진 이종 복합 소재로 된 경사진 이중외팔보(TDCB) 시험편들로서 면내 전단과 면외 전단의 하중 조건들하에서 정적 실험을 수행하였다. 본 연구 결과를 통하여 이중외팔보들의 파괴 특성과 그 파단 시점을 파악하여 접착계면을 가진 이종 복합 소재 구조물에 관한 내구성을 검토하였다.

수동형 압전션트를 이용한 외팔보의 진동저감 연구 (Vibration Reduction of Cantilever using Passive Piezoelectric Shunt)

  • 윤양수;김재철;노희민
    • 한국도시철도학회논문집
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    • 제6권4호
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    • pp.417-426
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    • 2018
  • 압전션트는 구조물의 진동을 저감할 수 있는 전기적인 형태의 댐퍼이다. 구조물의 고유진동수에서 발생한 진동은 구조물에 부착된 압전재료를 통해 전기에너지로 변환된다. 전기에너지는 인덕터와 저항으로 구성된 압전션트를 이용하여 열에너지로 소산시켜 진동을 저감할 수 있다. 본 논문에서는 외팔보의 진동을 저감하기 위하여 필요한 최적 인덕턴스에 대한 수식을 검토하고 유한요소해석과 실험을 이용하여 알루미늄 외팔보의 진동을 저감하였다. 유한요소해석에서는 모드형상과 스트레인에너지 분포를 계산하여 부착위치를 검토하고, 인덕턴스와 저항의 회로값을 조절하여 외팔보의 진동저감량을 계산하였다. 또한, 실험에서는 가변인덕터 모듈을 사용하여 외팔보의 특정주파수에서 발생하는 진동을 저감하였다. 결국, 유한요소해석과 실험의 결과를 토대로 압전션트가 외팔보의 진동을 효과적으로 저감할 수 있음을 검증하였다.