In this study, the theoretical method and the finite element analysis were designed in parallel to fabricate basic research data on the production of tool horn for cutting machine with ultrasonic vibration energy. In order to perform high-performance ultrasonic cutting, it is necessary to vibrate only with longitudinal vibration instead of transverse vibration. In order to efficiently transmit the mechanical vibration energy, the maximum amplitude should be generated at the output portion. Therefore, the tool horn must be designed so that the excitation frequency of the oscillator and the natural frequency of the tool horn are the same. In order to design the resonance of the tool horn, there are a theoretical approach using the one-dimensional wave equation and a method of reflecting the finite element analysis result to the design model. In this study, the approximate dimensions of the tool horn are first determined through the one- Based on the results of the finite element analysis, the optimal model was selected and reflected in the final shape of the tool horn. We will use this information as the basic data of actual tool horn for cutting, and will compare the production and experimental data with the contents of this research.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.37
no.3
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pp.196-213
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2001
A split beam ultrasonic transducer operating at a frequency of 70 kHz to use in the fish sizing echo sounder was developed and the acoustic radiation characteristics were experimentally analyzed. The amplitude shading method utilizing the properties of the Chebyshev polynomials was used to obtain side lobe levels below -20 dB and to optimize the relationship between main beam width and side lobe level of the transducer, and the amplitude shading coefficient to each of the elements was achieved by changing the amplitude contribution of elements with 4 weighting transformers embodied in the planar array transducer assembly. The planar array split beam transducer assembly was composed of 36 piezoelectric ceramics (NEPEC N-21, Tokin) of rod type of 10 mm in diameter and 18.7 mm in length of 70 kHz arranged in the rectangular configuration, and the 4 electrical inputs were supplied to the beamformer. A series of impedance measurements were conducted to check the uniformity of the individual quadrants, and also in the configurations of reception and transmission, resonant frequency, and the transmitting and receiving characteristics were measured in the water tank and analyzed, respectively. The results obtained are summarized as follows : 1. Average resonant and antiresonant frequencies of electrical impedance for four quadrants of the split beam transducer in water were 69.8 kHz and 83.0 kHz, respectively. Average electrical impedance for each individual transducer quadrant was 49.2$\Omega$ at resonant frequency and 704.7$\Omega$ at antiresonant frequency. 2. The resonance peak in the transmitting voltage response (TVR) for four quadrants of the split beam transducer was observed all at 70.0 kHz and the value of TVR was all about 165.5 dB re 1 $\mu$Pa/V at 1 m at 70.0 kHz with bandwidth of 10.0 kHz between -3 dB down points. The resonance peak in the receiving sensitivity (SRT) for four combined quadrants (quad LU+LL, quad RU+RL, quad LU+RU, quad LL+RL) of the split beam transducer was observed all at 75.0 kHz and the value of SRT was all about -177.7 dB re 1 V/$\mu$Pa at 75.0 kHz with bandwidth of 10.0 kHz between -3 dB down points. The sum beam transmitting voltage response and receiving senstivity was 175.0 dB re 1$\mu$Pa/V at 1 m at 75.0 kHz with bandwidth of 10.0 kHz, respectively. 3. The sum beam of split beam transducer was approximately circular with a half beam angle of $9.0^\circ$ at -3 dB points all in both axis of the horizontal plane and the vertical plane. The first measured side lobe levels for the sum beam of split beam transducer were -19.7 dB at $22^\circ$ and -19.4 dB at $-26^\circ$ in the horizontal plane, respectively and -20.1 dB at $22^\circ$ and -22.0 dB at $-26^\circ$ in the vertical plane, respectively. 4. The developed split beam transducer was tested to estimate the angular position of the target in the beam through split beam phase measurements, and the beam pattern loss for target strength corrections was measured and analyzed.
A series of shaking table model tests were performed to verify the validity of similitude law, which is suggested by lai (1989) to simulate the dynamic behavior of soil-fluid-structure system for is shaking table tests. In the tests, the similitude law suggested by lai was applied to determine the length and the time scaling factors. Also, the steady state concept was used in determining the density of model backfill soil, which is a key factor in simulating the development of excess pore pressure during shaking. The similitude law was verified by checking whether three different sizes of quay walls show the identical behavior or not. The similar responses of acceleration, excess pore pressure and horizontal displacement of walls were obtained far the small and large models. However, the medium model showed larger responses than those of the small and large models because of the resonance between the frequency of input acceleration and the natural frequency of the wall system. In addition, the vertical displacement and rotational angle of the walls became larger with the increase of model size.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.35
no.4
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pp.333-341
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2022
Magnetoelectric (ME) composites are comprised of magnetostrictive and piezoelectric phases. Lots of theoretical and experimental works have been done on ME composites in the last couple of decades. The output performance of ME composites has been enhanced by optimizing the constituent phases, interface layer, dimensions of the ME composites, different operating modes, etc. However, the detailed information about the characterization of ME coupling in ME composites is not provided yet. Therefore, in this tutorial paper, we are giving an insight into the details of measurements of ME voltage coefficient of ME composites both at off-resonance and resonance conditions. A symmetric type Gelfenol/PMN-PZT/Gelfenol ME composites were fabricated by sandwiching (011) 32-mode PMN-PZT single crystal between two Galfenol plates by epoxy bonding are used for the example of ME coupling measurement. The details about the experimental setup used for the measurement of ME voltage coefficient are provided. Furthermore, a step-by-step measurement of ME voltage coefficient using computerized program is demonstrated. We believe the present experimental measurement details can help readers to understand the concept of ME coupling and its analysis.
Kim, Minsong;Kim, Jaenam;Byun, Youngseop;Kim, Jeong;Kang, Beomsoo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.9
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pp.707-714
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2016
This paper describes analysis results of vibration characteristics and modal test for a small-scale quad-rotor drone. The rotor arm has a slender body with a propeller and motor at its tip. Rotor system generates excitation for an unbalanced mass. Therefore, the drone platform is involved in the possibility of resonance. For advance identification of the possibility of resonance, confirmation of eigen-mode being closest to the propeller operation range is necessary. Material properties of CFRP tubes used for the rotor arm were acquired by finding the natural frequency based on Rayleigh method. A simplified quad-rotor FE model consisting of rotor arm assembly with tip mass was built to perform numerical analysis, and a free-free boundary condition was applied to provide flight status. Modal tests for the actual platform with impact hammer instrument were performed to verify analysis results. Separation margin from hazardous eigen-mode was checked on the propeller operation range.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.70-74
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2004
There are many researches being in process to develop the information storage devices applying to the portable devices recently. Based on this need, the information storage devices have to be satisfied with the fast access time, the robustness of the system, high data transfer rate and lower media price. The total size of the drive must design to adapt the portable devices such as CF II card or PC II card size. This paper proposes the swing arm type actuator to insert the designed actuator in the drive of the CF II size. Hereafter the research will be going on to be suitable to the physical standard and design the focus magnetic circuit newly. The swing arm type actuator including this circuit is designed to have the dynamic characteristic satisfying the mechanical specification as well as the BD 1x. Finally, the adaptability to the portable devices was demonstrated by the finite element analysis and optimization of structural part.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.3
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pp.121-129
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2017
In this paper, the shake table test for the masonry infilled reinforced concrete frame with non-seismic details was carried out in order to evaluate its dynamic behaviour and damage under seismic condition. The tested specimens were the RC frame and the masonry infilled RC frame and the dynamic characteristics, such as a resonant period, acceleration response, displacement response and base shear force response, were compared between them. As a result of the shake table test, RC frame specimen had flexural cracks at the top and bottom of the column and shear cracks at the joints. In the case of masonry infilled RC frame, the damage of the frame was relatively minor but the sliding cracks and diagonal shear cracks on the masonry wall were severe at the final excitation. The resonant period of infilled RC frame specimen was shorter than that of the RC frame specimen because the masonry infill contributed to increase the stiffness. The maximum displacement response of the infilled RC frame specimen was decreased by about 20% than the RC frame specimen. It was analyzed that the masonry infill wall applied in this study contributed to increase the lateral strength of the RC frame with non - seismic detail by about 2.2 times and the stiffness by about 1.6 times.
Kim, Young Woo;Yim, Vit;Han, Daewoong;Lee, Seung-Yop
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.2
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pp.227-233
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2014
This study investigates the vibration characteristics of a wire-bonding piezoelectric transducer and ultrasonic horn for high-speed and precise welding. A ring-type piezoelectric stack actuator is excited at 136 kHz to vibrate a conical-type horn and capillary system. The nodal lines and amplification ratio of the ultrasonic horn are obtained using a theoretical analysis and FEM simulation. The vibration modes and frequencies close to the driving frequency are identified to evaluate the bonding performance of the current wire-bonder system. The FEM and experimental results show that the current wire-bonder system uses the bending mode of 136 kHz as the principal motion for bonding and that the transverse vibration of the capillary causes the bonding failure. Because the major longitudinal mode exists at 119 kHz, it is recommended that the design of the current wire-bonding system be modified to use the major longitudinal mode at the excitation frequency and to minimize the transverse vibration of capillary in order to improve the bonding performance.
Numerical analysis using 3D finite element program (PLAXIS 3D) evaluated the interaction of soil - pile structure under dynamic surface loading. The dynamic p-y curve of the 1-g shaking table experiment by numerical analysis was calculated, and the parametric studies were presented by considering the pile-soil condition, the pile tip condition, and the loading condition. The frequency of 1.4 Hz is almost equal to the natural frequency of the pile - soil system. The p and y values of resonance phenomenon are significantly different from the results of other frequencies. The results can be summarized by a third order polynomial function representing the trend line in the p-y curve. In the case of a single pile, the shape of the dominant curve was found to be an ellipse by mathematical proof. The elliptic equation can be used for the dynamic design or analysis of soil-pile system.
Park, Kyung-Jin;Kang, Seong-Mook;Kim, Ho-Seong;Baek, Chang-Wook
Proceedings of the KIEE Conference
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2009.07a
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pp.1503_1504
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2009
MEMS 구조물은 ${\mu}m$단위의 크기로 만들어지므로 각속도계와 같이 정밀한 센서를 만들 때에는 노이즈 문제를 해결하지 않으면 신호를 측정할 수가 없다. MEMS 구조물의 미세한 진동에 의해 발생되는 수 pico-coulomb의 전하를 측정해야하므로 구동 신호가 검출 전극에서 Feed-through되어 나타나는 경우 그 크기가 구동에 의한 신호보다 100배 이상 크기 때문에 원하는 신호를 검출할 수 없다. 본 논문에서는 이러한 Feed-through 현상에 의한 노이즈를 줄이기 위하여 Guard-ring을 이용한 blocking 방법과 dummy port를 이용한 canceling 방법을 고안하고 Feed-through reduction 회로를 설계, 제작, 실험하여 그 효과를 확인하였다. 그 결과 구동신호가 6Vpp, 30kHz일 때, -53.186dBm이었던 Feed-through 신호가 -77.107dBm으로 줄어드는 것을 확인하였다. 또한 노이즈를 제거하지 않은 경우 측정할 수 없었던 Q-factor를 Feed-through reduction 회로를 사용하여 측정한 결과 진공 패키징된 Si 기반 자이로스코프가 공진주파수 약 7.018kHz에서 Q-factor가 약 2500임을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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