We consider a mathematical model which describes the quasistatic contact of electro-viscoelastic rod with an obstacle. We use a modified Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive law in which the elasticity operator is nonlinear and locally Lipschitz continuous, taking into account the piezoelectric effect of the material. We model the contact with a general damped response condition. We establish a local existence and uniqueness result of the solution by using arguments of time-dependent nonlinear equations and Schauder's fixed-point theorem and obtain a global existence for small enough data.
This paper presents an experimental and parametric study of a biomimetic fish robot actuated by the Lightweight Piezo-composite Actuator(LIPCA). The biomimetic aspects in this work are the oscillating tail beat motion and shape of caudal fin. Caudal fins that resemble fins of BCF(Body and Caudal fin) mode fish were made in order to perform parametric study concerning the effect of caudal fin characteristics on thrust production at an operating frequency range. The observed caudal fin characteristics are the shape, area, and aspect ratio. It was found that a high aspect ratio caudal fin contributes to high swimming speed. The fish robot was propelled by artificial caudal fins shaped after thunniform-fish and mackerel caudal fins, which have relatively high aspect ratio, produced swimming speed as high as 2.364 cm/s and 2.519 cm/s, respectively, for 300 Vpp input voltage excited at 0.9 Hz. Thrust performance of the biomimetic fish robot was examined by Strouhal number, Froude number, Reynolds number, and Net forward force.
A smart hollow cylinder consisting of a host functionally graded elastic core layer and two surface homogeneous piezoelectric layers is presented in this paper. The bonding between the layers can be perfect or imperfect, depending on the parameters taken in the general linear spring-layer interface model. The effect of such weak interfaces on free vibration and steady-state response is then investigated. Piezoelectric layers at inner and outer surfaces are polarized axially or radially and act as a sensor and an actuator respectively. For a simply supported condition, the state equations with non-constant coefficients are obtained directly from the formulations of elasticity/piezoelasticity. An approximate laminated model is then introduced for the sake of solving the state equations conveniently. It is further assumed that the hollow cylinder is embedded in an elastic medium and is simultaneously filled with compressible fluid. The interaction between the structure and its surrounding media is taken into account. Numerical examples are finally given with discussions on the effect of some related parameters.
The complexity of macro-fiber composite (MFC) materials increasing the difficulty in simulation and analysis of MFC integrated structures. To give an accurate prediction of MFC bonded smart structures for the simulation of shape and vibration control, the paper develops a linear electro-mechanically coupled static and dynamic finite element (FE) models based on the first-order shear deformation (FOSD) hypothesis. Two different types of MFCs are modeled and analyzed, namely MFC-d31 and MFC-d33, in which the former one is dominated by the $d_{31}$ effect, while the latter one by the $d_{33}$ effect. The present model is first applied to an MFC-d33 bonded composite plate, and then is used to analyze both active shape and vibration control for MFC-d31/-d33 bonded plate with various piezoelectric fiber orientations.
The present study deals with two dimensional electro-elastic analysis of a functionally graded piezoelectric (FGP) cylinder under internal pressure. Energy method and first order shear deformation theory (FSDT) are employed for this purpose. All mechanical and electrical properties except Poisson ratio are considered as a power function along the radial direction. The cylinder is subjected to uniform internal pressure. By supposing two dimensional displacement and electric potential fields along the radial and axial direction, the governing differential equations can be derived in terms of unknown electrical and mechanical functions. Homogeneous solution can be obtained by imposing the appropriate mechanical and electrical boundary conditions. This proposed solution has capability to solve the cylinder structure with arbitrary boundary conditions. The previous solutions have been proposed for the problem with simple boundary conditions (simply supported cylinder) by using the routine functions such as trigonometric functions. The axial distribution of the axial displacement, radial displacement and electric potential of the cylinder can be presented as the important results of this paper for various non homogeneous indexes. This paper evaluates the effect of a local support on the distribution of mechanical and electrical components. This investigation indicates that a support has important influence on the distribution of mechanical and electrical components rather than a cylinder with ignoring the effect of the supports. Obtained results using present method at regions that are adequate far from two ends of the cylinder can be compared with previous results (plane elasticity and one dimensional first order shear deformation theories).
Kim Yong Bum;Kim Hyung Joon;Kang Ji-Yoon;Kim Tae Song
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2002.04a
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pp.1-7
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2002
This papers describes the preparation and experimental results of a micro mass detection devices based on cantilever and a diffuser-type micro pump using screen printing thick-film technologies and Si micro-machining. PZT-PCW thick films were prepared by new hybrid method based on the screen printing. By applying these PZT-PCW piezoelectric thick films on actuator, a cantilever for mass detection sensor and a micropump for microfluidic element are successfully fabricated. Resonant frequency and displacement of PZT-PCW thick film actuator in air and in liquid are measured by laser vibrometer system as a function of actuator size. The resonant frequency of PZT-PCW thick film actuator in liquid decreases order of 1/2-1/4 due to damping effect. The sensitivity of cantilever is characterized by Au deposition method which has the mass loading effect such as adsorption of protein. The Sensitivity of PZT-0.12PCW thick film cantilever is proportional to detecting area.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.49
no.8
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pp.459-466
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2000
In this paper, we propose an attitude controller for an unstructured object using CMG(Control Moment of Gyro) subsystem, which has a stabilizer function. The CMG subsystem consists of one motor for spinning the wheel and the other motor for turning the outer gimbal. While the wheel of CMG subsystem is spinning at high speed, applying force to the spin axis of the wheel leads the torque about the vertical axis. We utilize the torque to control the attitude of object in this study. For the stabilizer function, in additiion, holding the load at the current position, the power applied to the gimbal motor of CMG will be cut, which result in the braking force to stop the load by gyro effect. However, due to the gear reduction connected to outer gimbal, slow load motion cannot generate the braking force. Thus, in this study, we are willing to make a holding force by applying control power to the gimbal motor from the signal of piezoelectric gyroscopic sensor that detected the angular velocity of the load. These two features are demonstrated in experiment, carrying a beam with crane. As a result, load was started to rotate by controlling gimbal positiion and was stopped by turning off the gimbal power. Moreover, slow movement of the load was also rejected by additional control with gyroscopic sensor.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.500-500
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2011
With recent advances in flexible and stretchable electronics, the development of physically responsive field-effect transistors (physi-FETs) that are easily integrated with transformable substrates may enable the omnipresence of physical sensing devices in electronic gadgets. However, physical stimuli typically induce whole sensing physi-FET devices under global influences that also cause changes in the parameters of FET transducers, such as channel mobility and dielectric capacitance that prevent proper interpretations of response in sensing materials. Extended-gate structures with isolated stimuli have been used recently in physi-FETs to demonstrate performances of sensing materials only. However, such approaches are limited to prototype researches since isolated stimuli rarely occur in real-life applications. In this report, we theoretically and experimentally demonstrated that integrating piezoelectric nanocomposites directly into flexible organic FETs (OFETs) as gate dielectrics provides a general research direction to physi-FETs with a simple device structure and the capability of precisely investigating functional materials. Measurements with static stimulations, which cannot be performed in conventional systems, exhibited giant-positive d33 values of nanocomposites of barium titanate (BT) NPs and poly (vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)).
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.11a
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pp.188-191
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2000
The properties of piezoelectric and dielectric for 0.05Pb(Mn$\_$0.4/W$\_$0.2/Nb$\_$0.4/)O$_3$ - 0.95PbZr$\_$x/Ti$\_$1-x/O$_3$ compositions have been investigated. In the composition of 0.05Pb(Mn$\_$0.4/W$\_$0.2/Nb$\_$0.4/)O$_3$ - 0.95PbZr$\_$0.51/Ti$\_$0.49/O$_3$, the values of k$\_$p/ and $\varepsilon$$\_$33/$\^$T// $\varepsilon$$\_$0/ are maximized, but Q$\_$m/ was minimized (k$\_$p/=56.5[%], Q$\_$m/=1130, d$\_$33/=258[pC/N], $\varepsilon$$\_$33/$\^$T// $\varepsilon$$\_$0/=1170). The grain size was suppressed and the uniformity of grain was improved at the 1100[˚C]. Also, we can see the dielectric constants variations between the before poling and after poling. This effect results from the effect(increase element of dielectric constants) between dipole switching and electrostriction inducing stress and dipole direction to the poling orientation(decrease element of dielectric constants). At x=0.51, we can find MPB(morphotropic phase boundary).
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.54
no.6
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pp.324-330
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2021
As energy harvesting technology becomes important in relation to environmental issues, piezoelectric materials that convert mechanical energy into electrical energy are attracting attention. However, PZT, a representative material for piezoelectricity, is becoming difficult to use due to the problem that its components can cause environmental pollution. For this reason, recent research suggests a triboelectric nanogenerator (TENG) that generates energy through the combined effect of triboelectricity and electric induction for alternative piezoelectric devices. In TENG, electrical power is determined by the dielectric constant, thickness, and grain generation of the charged material. Therefore, in this study, a Rutile phase TiO2 thin film with high dielectric constant was formed using the spin-coating process and the effect of annealing was investigated. For electrical analysis, a TENG device was fabricated using PTFE as a material with an opposite charge, and electrical output according to film thickness and grain formation was comparatively analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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