Piezoelectric shunt is an electric type damper capable of reducing the vibration of the structure. Vibration generated at the natural frequency of the structure are converted into electrical energy through the piezoelectric material attached to the structure. Electric energy can be dissipated by thermal energy using piezoelectric shunt composed of inductor and resistance to reduce vibration. In this paper, the equation for the optimum inductance required to reduce the vibration of the cantilever beam was examined and the vibration of the aluminum cantilever was reduced by using finite element analysis and experiments. In the finite element analysis, the mode shape and the strain energy distribution were calculated to examine the mounting position, and the vibration reduction of the cantilever was calculated by adjusting the inductance and resistance circuit values. In addition, in the experiment, a variable inductor module was used to reduce the vibration occurring at a specific frequency of the cantilever. Finally, based on the results of the finite element analysis and the experiment, it was verified that the piezoelectric shunt can effectively reduce the vibration of the cantilever.
본 논문에서는 유한 요소법을 이용하여 계산한 압전체의 임피던스 및 기계적인 변위값을 실험적으로 검증하였으며 이를 압전 변압기에 적용하여 압전 변압기의 공진 특성 즉 전기적인 임피던스 및 공진 모드를 해석하였다. 압전 변압기가 공진 모드에서 동작될 때 압전체의 손실을 결정하는 인자인 기계 품질 계수($Q_m$) 및 유전 손실 인자( $tan{\delta}$)를 유한 요소법을 통해 계산하였으며 이를 이용하여 압전 변압기의 기계적인 진동에 의한 손실 및 유전 손실을 계산하였다.
A hybrid mount featuring rubber element and piezoelectric actuator is devised to reduce vibration when starting a vehicle engine. As a first step, a passive mount adopting rubber element is manufactured and its dynamic characteristics are experimentally evaluated. After evaluating dynamic characteristics of the manufactured inertial piezoelectric actuator, the proposed hybrid mount is then established by integrating the piezoelectric actuator with the rubber element for performance improvement at non-resonant high frequencies. A mathematical model of the established active vibration control system is formulated and expressed in the state space form. Subsequently, sliding mode controller (SMC) is designed to attenuate the vibration transmitted from the base excitation. Finally, control performances of the proposed hybrid mount are evaluated such as transmissibility in frequency domain and time responses.
Kim, Hyun-Chool;Go, Young-Jun;Nam, Hyo-Duk;Chang, Ho-Gyeong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.05b
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pp.294-297
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2000
본 연구에서는 압전형 음향변환기를 제작하기 위한 금속과 세라믹스로 적층된 원형의 압전음향소자와 음향변환기 케이스를 설계하였다. 먼저 음향소자인 복합원형평판의 진동운동 방정식을 세우고 그 진동모드를 알아보았다. 음향소자의 세라믹스는 두께 1 mm, 지름 10 mm의 PZT(IV)를 사용하였고, 금속판의 지름과 두께를 다양하게 변화시키면서 음향소자의 공진주파수를 계산하고, 각각의 금속판에 따른 감도지수의 변화를 계산하였다. 설계하고자 하는 음향소자의 공진주파수를 200 KHz로 청하고, 위의 계산을 통하여 음향변환소자에 가장 적합한 금속진동판을 찾아보았다. 음향변환기의 복합원형평판으로 이루어진 음향소자의 물리적 변화에 따른 공진주파수와 감도지수를 구하고 음향변환기 케이스의 공진주파수를 계산하여 압전형 음향변환기에 알맞은 금속진동판과 음향변환기 케이스를 알아보았다.
The vibrational characteristics of Langevin-type piezoelectric torsional transducers have been studied theoretically and experimentally in this paper. The differential equations of piezoelectric torsional motion have been derived in terms of the circumferential displacement and the electric potential. Solutions of the boundary-value problem have yielded the natural frequencies and mode shapes of the transducers. The theoretical solutions have been verified by comparing the numerical results with experimental ones.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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1997.06a
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pp.53-56
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1997
Tonpilz 압전변환기에 관하여 유한요소법을 사용하여 공기중의 동특성 해석과 수중의 방사임피던스를 해석하였다. 공기중에서 트랜스듀서의 구조를 변화시키면서 입력 어드미턴스 특성과 진동모드를 해석하여 압전변환기를 모델링하였다. 음향 윈도우를 압전변환기 전면에 부착한 후 유한요소법(FEM)에 의하여 매질의 영향을 고려한 입력어드미턴스 특성을 해석하였으며, 또한 방사임피던스 계산 루틴을 추가하여 무한 배플의 경계조건하에서 방사 임피던스를 해석하였다. 공기중과 수중에서의 해석을 통하여 Tonpilz 압전변환기 단일 소자의 구조 변경 및 기계 부재의 추가등에 따라 변동하는 변환기의 특성 및 방사 임피던스를 해석하므로서 평면 배열형 음향 트랜스듀서의 설계에 필요한 파라메터를 구할 수있다.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.4
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pp.372-376
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2012
The most common type of the piezoelectric energy harvester is the cantilevered beam since it is attached to the host structure and tuned to the frequency of the base excitation easily. However, the excessive strain at the fixed end of cantilevered beam causes some problems such as fatigue and durability. The use of higher vibration modes of the cantilevered beam may reduce the concentration of the strain at the fixed end since the strains of higher modes are distributed along the span. The results show that the use of high vibration mode is not efficient for power generation, but it reduces the excessive strain lever at typical region to prevent the failure by fatigue.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.484-487
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2006
In this paper, linear ultrasonic actuators are designed using two dimensional motions of a PMW-PT piezoelectric plate. By equalizing the natural frequencies of longitudinal and transverse vibration modes in the cantilever structure, the ultrasonic motion of the combined vibration modes are generated. We have designed two different PMN-PT actuators: one uses a tip attached on the edge of the actuator and it drives the object in the perpendicular direction of the tip. In other model, the actuator plate moves itself through stationary guides. Prototypes of the two models are manufactured and experiments results are compared to the theoretical and numerical results. The effects of structural characteristics and the friction force existing between the actuator tip and the moving object are considered. Experiments show the possibility of small size ultrasonic linear motors which can be applicable to small form factor information storage and phone camera actuators.
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.
The kerfs between arrayed piezoelectric elements in a medical ultrasonic transducer or a piezoelectric composite transducer are generally filled by polymeric materials. The boundary condition of the elements for lateral mode vibration is changed according to the kerf-filling materials, so that the resonance frequency for longitudinal mode of the transducer is also varied. In this study, to investigate the resonance frequency variation for an arrayed transducer experimentally, the piezoelectric vibration elements of $14mm{\times}0.22mm{\times}0.44mm$ were fabricated and those were linearly arrayed. And, the resonance frequencies were measured for three cases of kerf-filling condition, non-filling and two different kinds of epoxy filling. Conclusively, it is confirmed that the resonant frequency variation shows the similar tendency with the theoretical one for the longitudinal mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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