본 연구에서는 테이퍼 보에 대한 미분방정식의 일반해에 캔틸레버 보의 경계조건을 적용하여 모드특성을 추정한다. 또한, 휨을 받는 테이퍼 원형강관 캔틸레버 보에 발생하는 관통균열을 모델링하기 위하여 에너지 방법을 이용하여 균열보에 대한 보 길이방향 휨강성을 구한 후 이를 이용하여 테이퍼 원형강관 캔틸레버 균열보에 대한 고유주파수와 모드형상을 추정한다. 보 길이에 따른 균열보의 휨강성 변화는 기존 연구에서 밝혀진 현상과 유사하게 합리적인 양상을 보였으며, 유도한 휨강성을 적용하여 산정한 균열보의 고유주파수는 균열 크기가 증가할수록 감소함을 확인하였고, 모드형상은 균열발생에 의해 변화함을 알 수 있었다. 연구결과는 향후 테이퍼 원형강관 캔틸레버 보 형태의 타워 구조물에 대한 진동기반 균열탐지에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Analysis of the behavior of a laterally loaded pile is important in the design of critical civil structures. Recently, the electric strain gauge has been widely used to measure the strains along the pile. The electric strain gauge, due to lack of durability, is inappropriate in the use of long-term measurements. Herein, the feasibility of implementing the FBG sensor was investigated using a cantilever-type calibrator in laboratory. A special calibrating tool called "cantilever-calibrator" was used to calibrate the FBG sensors. The calibrator consists of a special calibration beam, a holding-clamp at one end of the beam, and a micrometer on the other end. Three FBG sensors were installed on the calibration beam. The strains measured by FBG sensors were compared with those calculated theoretically using cantilever beam theory. The calibration factor of FBG sensors were suggested to compensate the difference between measured and calculate strains.
The current paper presents a technique to detect crack in non-uniform cantilever-type pipe beams, that have step changes in the properties of their cross sections, restrained by a translational and rotational spring with a tip mass at the free end. An equation for estimating the natural frequencies for the non-uniform beams is derived using the boundary and continuity conditions, and an equivalent bending stiffness for cracked beam is applied to calculate the natural frequencies of the cracked beam. An experimental study for a step-changed non-uniform cantilever-type pipe beam restrained by bolts with a tip mass is carried out to verify the proposed method. The translational and rotational spring constants are updated using the neural network technique to the results of the experiment for intact case in order to establish a baseline model for the subsequent crack detection. Then, several numerical simulations for the specimen are carried out using the derived equation for estimating the natural frequencies of the cracked beam to construct a set of training patterns of a neural network. The crack locations and sizes are identified using the trained neural network for the 5 damage cases. It is found that the crack locations and sizes are reasonably well estimated from a practical point of view. And it is considered that the usefulness of the proposed method for structural health monitoring of the step-changed non-uniform cantilever-type pipe beam-like structures elastically restrained in the ground and have a tip mass at the free end could be verified.
We present a new type of silicon micro-probe card using a three-dimensional probe beam of the cantilever type. It was fabricated using KOH and dry etching, a porous silicon micromachining technique, and an Au electroplating process. The cantilever-type probe beam had a thickness of $5 {\mu}m$, and a width of $50{\mu}$ and a length of $800 {\mu}m$. The probe beam for pad contact was formed by the thermal expansion coefficient difference between the films. The maximum height of the curled probe beam was $170 {\mu}m$, and an annealing process was performed for 20 min at $500^{\circ}C$. The contact resistance of the newly fabricated probe card was less than $2{\Omega}$, and its lifetime was more than 20,000 turns.
A crack identification method using an equivalent bending stiffness and natural frequency for cracked beam is presented. Modal properties of cantilever beam with a tip mass is identified by applying the boundary conditions to a general solution. An equivalent bending stiffness for cracked beam based on an energy method is used to identify natural frequencies of cantilever thin-walled pipe with a tip mass, which has a through-the-thickness crack, subjected to bending. The identified natural frequencies of the cracked beam are used in constructing training patterns of neural networks. Then crack location and size are identified using a committee of the neural networks. Crack detection was carried out for an example beam using the proposed method, and the identified crack locations and sizes agree reasonably well with the exact values.
Using piezoelectric elements to harvest energy from ambient vibrations has been of great interest over the past few years. Due to the relatively low power output of piezoelectric materials, there are many study to improve the energy harvesting efficiencies. This paper is study the efficiencies of the output energy considering the cantilever piezoelectric bimorph using aluminum vibration beam. when the length of vibration beam and the piezoelectric body becomes same and the maximum output power comes out. DC voltage was increased as the beam thickness and vibration frequency was increased. The vibration beam was able to achieve very large energy value.
Silicate glass is usually a brittle and plate-like material, and it is difficult to measure the elastic modulus by the traditional method. This paper develops a test method for the glass elastic modulus based on the fundamental frequency of the cantilever beam with an elastic support and a free end. The method installs the beam-type specimen on a semi-rigid support to form an elastic support-free end beam. The analytic solution of the stiffness coefficients of the elastic support is developed by the fundamental frequency of the two specimens with known elastic modulus. Then, the glass elastic modulus is measured by the fundamental frequency of the specimens. The method significantly improves the measurement accuracy and is suitable for the elastic modulus with the beam-type specimen whether the glass is homogeneous or not. Several tests on the elastic modulus measurement are conducted to demonstrate the reliability and validity of the test method.
Ng'ang'a, Douglas Kagoiya;Ali, Luqman;Lee, Yong Joong;Byeon, Clare Chisu
Current Optics and Photonics
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제5권3호
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pp.229-237
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2021
The capabilities of the near-field scanning optical microscope (NSOM) for obtaining high resolution lateral topographical images as well as for mapping the spectroscopic and optical properties of a sample below the diffraction limit of light have made it an attractive research field for most researchers dealing with optical characteristics of materials in nano scales. The apertured NSOM technique involves confining light into an aperture of sub-wavelength size and using it to illuminate a sample maintained at a distance equal to a fraction of the sub-wavelength aperture (near-field region). In this article, we present a setup for developing NSOM using a cantilever with a sub-wavelength aperture at the tip. A single laser is used for both cantilever deflection measurement and near-field sample excitation. The laser beam is focused at the apex of the cantilever where a portion of the beam is reflected and the other portion goes through the aperture and causes local near-field optical excitation of the sample, which is then raster scanned in the near-field region. The reflected beam is used for an optical beam deflection technique that yields topographical images by controlling the probe-sample in nano-distance. The fluorescence emissions signal is detected in far-field by the help of a silicon avalanche photodiode. The images obtained using this method show a good correlation between the topographical image and the mapping of the fluorescence emissions.
The paper presents shear lag parameters for beam-to-column connections in steel box piers. Previous researches have analyzed beam-to-column connections in steel piers using a shear lag parameter ${\eta}_o$ obtained from a simple beam model, which is not based on a reasonable design assumption. Instead, the current paper proposes a cantilever beam model and has proved the effectiveness through theoretical and experimental studies. The paper examines the inaccuracy of the previous researches by estimating the effective width, the width-span length ratio L/b, and the sectional area ratio S of a cantilever beam. Two different shear lag parameters are defined using the cantilever model and the results are compared each other. The first type of shear lag parameter ${\eta}_c$ of a cantilever beam is derived using additional moments from various stress distribution functions while the other shear lag parameter ${\eta}_{eff}$ of a cantilever beam is defined based on the concept of the effective width. An evaluation method for shear lag stresses has been investigated by comparing analytical stresses with test results. Through the study, it could be observed that the shear lag parameter ${\eta}_{eff}$ agrees with ${\eta}_c$ obtained from the $2^{nd}$ order stress distribution function. Also, it could be observed that the shear lag parameter ${\eta}_c$ using the $4^{th}$ order stress distribution function almost converges to the upper bound of test results.
This work has suggested corrugation beam as a new structure for mechanical resonators. Micro beam resonators based on 3C-SiC films which have two side corrugations along the length of beams were simulated by finite-element modeling and compared to a flat rectangular beam with the same dimension. With the dimension of $36\times12\times0.5{\mu}m^3$, the flat cantilever has resonant frequency of 746 kHz. Meanwhile, this frequency reaches 1.252 MHz with the corrugated cantilever which has the same dimension with flat type but corrugation width of $6{\mu}m$ and depth of $0.4{\mu}m$. It is expected that mechanical resonators with corrugations will be very helpful for the research of sensing devices with high-resolution, high-performance oscillators and filters in wireless communications as well as measurement in basic physics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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