International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.1
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pp.69-77
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2011
A peristaltic micropump with lightweight piezo-composite actuator (LIPCA) membrane valves is presented. The micropump contained three cylinder chambers that were connected by microchannels and two active membrane valves. A circular miniature LIPCA was developed and manufactured to be used as actuating diaphragms. The LIPCA diaphragm acted as an active membrane valve that alternate between open and closed positions at the inlet and outlet in order to produce high pumping pressure. In this LIPCA, a lead zirconium titanate ceramic with a thickness of 0.1 mm was used as an active layer. The results confirmed that the actuator produced a large out-of-plane deflection. During the design process, a coupled field analysis was conducted in order to predict the actuating behavior of the LIPCA diaphragm; the behavior of the actuator was investigated from both a theoretical and experimental perspective. The active membrane valve concept was introduced as a means for increasing pumping pressure, and microelectromechanical system techniques were used to fabricate the peristaltic micropump. The pumping performance was analyzed experimentally in terms of the flow rate, pumping pressure and power consumption.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.333-334
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2006
The objective of this study is to fabricate a piezoelectric composite consisting of a piezoelectric ceramic and a high toughness material and to evaluate their electromechanical properties for high force actuator applications. The mixture of the piezoelectric material, PMNZT, and high toughness material, $ZrO_2$, exhibited high piezoelectric properties as well as good mechanical fracture resistance. Up to 2 vol% of $ZrO_2$ in PMNZT matrix, piezoelectric $d_{33}$ coefficient was above 400 pC/N, being 80% of that for the original PMNZT, and the toughness showed twice of the PMNZT. When the volume fraction of the $ZrO_2$ was above 5%, however, the piezoelectric coefficient became abruptly decreased and it approached 20% of value for the PMNZT.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.9-12
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2001
An active control of the vibration transmitted by longitudinal load in flight control system is investigated numerically. The flight control system is modeled as a finite, thin shell cylinder with constant thickness. A vibration source is generated by exterior monopole source. Distributed piezoelectric actuator is used to control of the vibration. Thin shell theory is used to formulate the numerical models. The amplitude of vibration at discrete location and power transmission are minimized by analytical optimization method. Genetic algorithm is used as numerical optimization method to search optimal actuator position and size which amplitude of vibration is minimized.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.04a
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pp.87-90
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2003
In this paper, the electromechanical displacements of curved actuators such as THUNDER are calculated by finite element method to design the optimal configuration of curved actuators. To predict the pre-stress in the device due to the mismatch in coefficients of thermal expansion, the adhesive as well as metal and PZT ceramic is also numerically modeled by using hexahedral solid elements. Because the modeling of these thin layers causes the numbers of degree of freedom to increase, large-scale structural analyses are performed in a cluster system in this study. The curved shape and pre-stress in the actuator are obtained by the cured curvature analysis. The displacement under the piezoelectric force by an applied voltage is also calculated to compare the performance of curved actuator. The thickness of metal and adhesive, the number of metal layer are chosen as design factors.
In this paper an electromechanically coupled isogeometric finite element is utilized to analyse Lamb wave excitation with piezoceramic actuators. An effective actuator design reduces the energy needed for Lamb wave excitation, which is beneficial if a structural health monitoring system should be applied for a structure. For a better understanding of the actuator behavior the piezoeceramics are studied both free and bonded at a structure. The numerical part of the analysis is performed utilizing isogeometric finite elements. To obtain the optimal performance for the numerical analysis the effect of k-refinement of the isogeometric element with respect to the convergence is studied and discussed. The optimal numerical setup with the best convergence rate is proposed and is validated with free piezoeceramic actuators. The validated model is then utilized to study the impact of actuator shape and adhesive bondline effect to the wave amplitude. The study shows that simplified analytical equations do not predict the optimal excitation frequencies for all piezoceramic designs accurately.
Arani, Ali Ghorbanpour;Navi, Borhan Rousta;Mohammadimehr, Mehdi
Steel and Composite Structures
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v.41
no.6
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pp.805-820
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2021
In this research, the buckling and free vibration of three-phase carbon nanotubes/ fiber/ polymer piezoelectric nanocomposite face sheet sandwich microbeam with microsensor and micro-actuator surrounded in elastic foundation based on modified couple stress theory (MCST) is investigated. Three types of porous materials are considered for sandwich core. Higher order (Reddy) and sinusoidal shear deformation beam theories are employed for the displacement fields. Sinusoidal surface stress effects are extracted for sinusoidal shear deformation beam theory. The equations of motion are derived by Hamilton's principle and then the natural frequency and critical buckling load are obtained by Navier's type solution. The determined results are in good agreement with other literatures. The detailed numerical investigation for various parameters is performed for this microsensor-microactuator. The results reveal that the microsensor-microactuator enhanced by increasing of Skempton coefficient, carbon nanotubes diameter length to thickness ratio, small scale factor, elastic foundation, surface stress constants and reduction in porous coefficient, micro-actuator voltage and CNT weight fraction. The valuable results can be expedient for micro-electro-mechanical (MEMS) and nano-electro-mechanical (NEMS) systems.
This paper aims to present the analytical solutions of 2-2 cement based piezoelectric transducers in series electrically based on the theory of piezo-elastic dynamics. The solutions of two different kinds of 2-2 cement based piezoelectric transducers under external harmonic load are obtained by using the displacement method. The effects of electrical connection of piezoelectric layers, loading frequency, thickness and distance of piezoelectric layers on the characteristics of the transducers are discussed. Comparisons with other related experimental investigations are also given, and good agreement is found. The proposed 2-2 cement based piezoelectric transducers have a great potential application in monitoring structural health in civil engineering and capturing mechanical energy or monitoring train-running safety in railway system and traffic safety in road system.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.4
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pp.220-230
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2006
Fracture behavior of a monolithic PZT and a plate-type piezoelectric composite actuator (PCA) has been investigated under a bending load at three points by an acoustic emission (AE) monitoring. AE signal from a monolithic PZT at the maximum bending load shows the characteristics of high amplitude and long duration with a low frequency band of $100{\sim}230kHz$ which is confirmed by fast Fourier transform (FFT). For a PCA, it is concluded that AE signals with high amplitude over 80dB and low dominant frequency band of $170{\sim}223kHz$ emitted in the stage I are due to the brittle fracture in the PZT layer and the delamination between the PZT layer and the adjacent fiber composite layer. Based on the above analysis of AE behavior and damage observations with an optical microscopy and a scanning electron microscopy, AE characteristics related to fracture behavior of asymmetrically laminated PCA have been elucidated.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.04a
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pp.273-278
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2011
This work presents an active vibration control of a stiffened hull structure using a flexible macro fiber composite (MFC) actuator. As first step, the governing equation of the hull structure is derived in a matrix form and its dynamic characteristics such as natural frequency are obtained via a finite element analysis (FEA). The natural frequencies obtained from the FEA are compared with those determined from experimental measurement. After formulating the control model in a state space representation, an optimal controller is designed in order to attenuate the vibration of the stiffened hull structure. The controller is then empirically realized through dSPACE and control responses are evaluated in time domain.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.7
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pp.643-649
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2011
This work presents an active vibration control of a stiffened hull structure using a flexible macro fiber composite(MFC) actuator. As first step, the governing equation of the hull structure is derived in a matrix form and its dynamic characteristics such as natural frequency are obtained via a finite element analysis(FEA). The natural frequencies obtained from the FEA are compared with those determined from experimental measurement. After formulating the control model in a state space representation, an optimal controller is designed in order to attenuate the vibration of the stiffened hull structure. The controller is then empirically realized through dSPACE and control responses are evaluated in time domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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