• Smart Structures and Systems
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• 제16권5호
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• pp.759-780
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• 2015

Based on the theory of piezoelasticity, the static performance of a piezoelectric bilayer cantilever fully covered with electrodes on the upper and lower surfaces is studied. Three models are considered, i.e., the sensor model, the driving displacement model and the blocking force model. By establishing suitable boundary conditions and proposing an appropriate Airy stress function, the exact solutions for piezoelectric bilayer cantilevers are obtained, and the effect of ambient thermal excitation is taken into account. Since the layer thicknesses and material parameters are distinguished in different layers, this paper gives unified solutions for composite piezoelectric bilayer cantilevers including piezoelectric bimorph and piezoelectric heterogeneous bimorph, etc. For some special cases, the simplifications of the present results are compared with other solutions given by other researches based on one-dimensional constitutive equations, and some amendments have been found. The present investigation shows: (1) for a PZT-4 piezoelectric bimorph, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are about 19.59%, 23.72% and 7.21%, respectively; (2) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with constant layer thicknesses, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are 9.85%, 11.78% and 4.07%, respectively, and the amendments of the electrode charges induced by an end shear force or an end moment are both 1.04%; (3) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with different layer thicknesses, the maximum amendment of tip deflection approaches 23.72%, and the maximum amendment of electrode charge approaches 31.09%. The present solutions can be used to optimize bilayer devices, and the Airy stress function can be used to study other piezoelectric cantilevers including multi-layered piezoelectric cantilevers under corresponding loads.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.83-92
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• 1999

본 논문에서는 거대 부유체의 유체-구조 상호작용에 대한 보다 엄밀한 해석법을 전개하여 사파중에 놓은 구조물의 유탄성 거동에서 전단변형의 영향을 고찰하였다. 구조 해석 방법으로는 Mindlin 판 이론에 바탕을 둔 유한요소법을 사용하였으며, 유체장은 일정패널법을 이용한 그린함수법을 적용하였다. 유탄성 해석의 검증을 위해 선수파의 경우에 Yago & Endo가 수행한 Mega Float 모델의 실험결과와 비교하였는데, 전반적인 거동은 비교적 잘 일치하나 양단에서의 변위는 약간의 차이를 보였다. 유체-구조간의 상호작용에 기인하는 방사압력이 파 강제압력보다 국부적으로 큼을 보였으며, 계류계에 의하여 응답이 크게 줄어들 수 있음을 확인하였다. 또한 상기한 메가 프로트의 경우 사파중에서 전체 변형중 전단변형이 차지하는 비중은 대략 4% 정도임을 밝혔다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권4호통권77호
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• pp.499-509
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• 2005

강풍으로 유발되는 고층건축물의 풍진동은 주로 와류에 의한 풍직각방향의 진동에 의하여 발생한다. 이러한 진동은 단면형상이 일정한 유연하고, 경량이며, 경감쇠인 고층건축물인 경우 가장 심하게 발생한다. 본 논문은 와류에 기인한 풍직각방향의 진동을 저감시키기 위한 공역학적인 방법을 논한 것이다. 항력 및 횡력방향의 압력을 균등화하고 또한 양방향의 공간적인 간섭을 분산시키고, 풍직각 방향으로 작용하는 풍력의 크기를 효율적으로 감소시키기 위하여 건축물의 풍방향 및 풍직각방향에 중공부를 설치하였다. 실험모형은 모두 형상비가 8:1이 되도록 하였고, 중공부의 형상은 2종류, 크기는 2종류, 위치는 6종류로 변화시킨 총 24종류의 모형을 제작하여 풍력실험을 실시한 후 각 모형에 대한 풍방향 및 풍직각방향의 변위응답특성을 조사하였다. 최종적으로 중공부를 가진 모형의 효율성을 분석하기 위하여 중공부를 가진 모형에 대한 결과를 중공부가 없는 정사각형 각주의 변위응답 특성과 비교 분석하여 중공부의 형상 변화, 크기 변화, 위치 변화에 따른 풍진동의 저감효과의 정도를 정량적으로 규명하였다.