• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.411-420
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• 2010

교량은 주행차량에 의하여 지속적이며 반복적인 변형에너지가 발생하며, 이러한 교량의 변형에너지를 압전소자를 이용하여 전기에너지로 변환 할 수 있다. 하지만 압전소자를 구조물에 부착하여 구조물의 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 사용하기 위해서는 구조물에 작용하는 하중 및 하중에 따라 압전소자에서 발생하는 변형률 관계 등이 제시되어야 압전소자를 합리적으로 적용할 수 있는 가능성을 평가할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 압전소자를 교량 구조물에 적용하였을 때 발생하는 전압을 평가하기 위하여 강교량을 모사한 강합성 거더 교량 실험체를 제작하고 교량의 하중효과 등을 고려한 하중을 재하하고 이에 따라 압전소자에서 발생되는 전압을 평가하고 압전전압의 제안식과 실험결과를 비교하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.37-44
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• 2004

본 논문에서는 압전재의 재료 비선형성을 고려한 경량 압전 복합재 작동기(LIPCA)의 성능 해석을 수행하였다. 성능 해석을 위해 9절점 쉘 요소 정식화에 바탕을 둔 압전 쉘 요소를 이용하였다. LIPCA의 작동 변위를 보다 정확히 예측하기 위하여, 실험을 통해 얻은 압전 변형률 함수와 증분 정식화를 추가하여 기존 선형 유한요소 프로그램을 수정하였다. 이렇게 개발된 재료 비선형 압전 옐 프로그램을 이용하여 LIPCA의 작동변위를 재 계산하였고, 재료 비선형 해석으로 얻은 작동 변위가 선형 해석으로 계산된 작동 변위 보다 측정 변위에 훨씬 근접함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제16권3호
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• pp.58-67
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• 2003

본 연구에서는 구조의 건전성을 실시간으로 모니터링하기 위해 변형률 및 파손을 동시에 감지할 수 있는 두 가지 형태의 광섬유 센서 시스템을 제안하였다. 구성된 광섬유 센서 시스템은 파손신호 취득에 사용되는 단파장 광원의 형태에 따라 EDFA에 FBG 사용한 것과 Fabry-Perot 필터를 사용한 것으로 나뉘며 EFPI센서를 통해 복합재 시편의 인장실험을 모니터링 하는데 적용되었다. 먼저, 복합재의 초기파손모드에 해당하는 모재균열 신호의 특징을 알기 위해 압전세라믹 센서를 이용하여 시편의 두께와 폭의 변화에 따른 신호특성을 파악하였다. 정량적 파손신호의 특성 분석을 위해 STFT와 Wavelet Transform과 같은 시간 주파수 변환방법을 사용하였으며, 시편의 형상변화에 따라 모재균열 신호의 주파수영역 특성이 변화함을 확인하였다 광섬유 센서로 취득 된 파손신호 및 변형률 측정값을 각각 압전세라믹 센서와 변형률게이지의 결과 값과 서로 비교하였다. 광섬유 센서 시스템들을 이용한 장시간동안의 인장실험 결과 변형률의 값은 변형률게이지의 측정값과 잘 일치하였으며 파손감지 시스템 또한 미세한 파손신호까지 민감하게 감지해 낼 수 있음을 알 수 있었다.

• 화약ㆍ발파
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• 제35권3호
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• pp.15-20
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• 2017

발파 하중에 대한 암석의 동적 응답 특성을 획득하기 위해서는, 내충격 고감도의 충격하중센서가 필요하다. 이러한 충격 하중 센서는 석영(quartz) 하중셀, 압전소자(piezoelectric element), 변형률 게이지를 적용하여 제작되고 있으나, 석영 및 압전소자의 경우 고가이기 때문에, 충격하중가압시험과 같이 압력 센서의 손상이 빈번한 경우에는 제약이 따르게 된다. 본 연구에서는 원통형 압축셀에 변형률 게이지 측정원리를 적용한 내충격 고감도 하중센서를 개발하였다. 개발된 하중 센서는 Nonex Rock Cracker (NRC) 구동 고속충격 하중 장치를 이용한 화강암 동적 압열 인장 실험에 적용하여 동적하중이력의 측정에 적용되었다. 그 결과, NRC 구동 고속충격하중장치는 암석 강도의 중간 변형률 속도 의존성 연구에 적용 가능한 것으로 파악되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권2호
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• pp.25-34
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• 2003

본 논문에서는 압전 작동기가 삽입되거나 부착된 구조를 해석하기 위하여, 기존의 기계적 문제만을 고려한 9 절점 가정변형률 쉘 요소의 정식화를 전기-기계연성 문제에도 적용 가능하도록 확장하였다. 본 쉘요소는 잠김현상을 완화할 수 있고, 두께변형을 고려하기 위해 각 절점에서 6개의 자유도를 갖는 특징이 있다. 전기-기계 자유도들은 구성방정식을 이용하여 연계시켰다. 변위장은 요소의 전체 두께방향으로 선형으로 가정하였고, 전기적 포텐셜은 각각의 압전재료층에 대해 선형으로 가정하였다. 확장된 정식화에 기초한 유한요소 프로그램을 개발하였고, 수치예제들을 통해 프로그램을 검증하였다. 개발된 쉘 요소에 의한 결과는 다른 참고문헌들의 결과들과 잘 일치하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권2호
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• pp.67-74
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• 2002

본 논문에서는 18절점 가정 변형률 솔리드 요소를 이용하여, 기계적 물리량과 전기적 물리량이 완전히 연성된 정적 문제를 해석할 수 있는 유한요소 정식화 과정을 유도하였다. 요소 결점의 축방향 변위 자유도 외에 전기 자유도를 추가하여 주어진 변위와 하중에 의해 발생하는 유도전압을 계산할 수 있다. 또한 가정 변형률 요소를 사용함으로써 박판형 구조물을 모델할 때 발생할 수 있는 잠김현상을 해소하였다. 유도된 유한요소 정식을 바탕으로 프로그램을 작성하였으며, 몇가지 수치예제에 적용하여 작성된 코드를 검증하였다. 본 요소를 이용하여, 여러 가지 변수가 THUNDER의 작동변위에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통하여, 특정한 재료와 곡률을 갖출 경우 THUNDER의 작동성능이 향상됨을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권1호
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• pp.36-43
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• 2002

압전적층판의 비선형 열압전탄성 거동에서의 스냅-스루 현상을 뉴튼-랩슨기법에 호길이법을 적용하여 수치적으로 규명하였다. 층별변위장이론과 von Karman 변형률-변위 관계식을 적용하여 열압전탄성 복합적층 평판에 대한 비선형 유한요소정식화를 수행하였다. 다양한 압전 작동모드에 따라 대칭 및 편심된 구조모델에 대하여 정적 및 동적 관점에서 비선형 열압전탄성 거동과 진동특성을 연구하였다. 본 연구에서는 압전 작동기를 사용하여 유연한 열적 구조물들의 성능을 향상시킬 수 있는 가능성과 새로운 현상학적인 발견인 열압전탄성 스냅핑 거동이 좌굴된 압전탄성 복합적층 평판에서 과도한 압전작동력이 작용하는 경우에 발생할 수 있음을 제시하였다.

• Composites Research
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• 제37권2호
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• pp.132-138
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• 2024

본 연구에서는 분자동역학 전산모사를 통해 육방정계 단일벽 질화붕소 나노튜브(BNNT)의 반경 변화에 따른 압전탄성 변화를 규명하였다. 질화붕소의 거동을 비교적 잘 모사하는 Tersoff 포텐셜과 기계적 하중인가에 따른 질소 및 붕소원자의 상대변위로 인한 분극의 정량화를 위해 강체 이온 근사를 채택하였다. 선형 압전탄성 구성방정식을 기반으로 각각의 질화붕소에 변형률을 인가하고 이에 따른 전기적 변위와 응력을 산출하여 압전상수와 영률을 각각 예측하였다. 그 결과, BNNT의 압전상수는 반경이 증가함에 따라 점진적으로 감소하는 양상을 보였다. 반면 탄성계수의 경우 불연속적 구조를 가지는 질화붕소를 등가의 연속체 구조로 등가시키는 방법에 따라 증가 또는 감소하는 경향을 보였다. BNNT의 곡률변화에 따른 물성변화를 가상실험에 기반한 경험적 모델로 근사하기 위해 BNNT의 튜브반경-압전탄성물성 간 상관관계식을 제안하였다. 또한 BNNT의 반경변화에 따른 물성을 곡률의 관점에서 설명하기 위해, BNNT와 질화붕소 나노시트(BNNS)의 결합에너지와 탄성변형에 따른 원자간 결합길이 변화가 각각의 구조의 변형에너지 증가에 기여하는 정도를 상호 비교하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권3호
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• pp.60-66
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• 2006

본 논문에서는 기존에 개발한 압전 복합재료 작동기인 LIPCA가 동적 구조물의 작동기로 적용 가능한지를 평가하였다. 압전 세라믹 층, 탄소/에폭시 층 및 유리/에폭시 층으로 이루어진 LIPCA 작동기는 단일 PZT에 비하여 성능 및 내구성이 크다는 장점이 있다. 성능 평가를 위하여 정적 작동력 실험과 진동 제어 실험을 수행하였다. 알루미늄 보의 한 쪽 면에 LIPCA와 단일 PZT를 각각 보에 부착하고 반대쪽 면에는 변형률 게이지를 부착하였다. 먼저 정적 작동력 실험에서는 작동 전압에 따른 변형률 신호를 등가 작동 모멘트로 환산하여 크기를 비교함으로써 성능을 평가하였다. 진동 제어 실험에서는 스트레인 게이지의 변형률 신호를 PID 제어 알고리듬을 사용하여 보의 자유 진동을 억제하도록 제어 신호를 생성하였다. 진동 신호가 감쇠하는 정도를 나타내는 안정화 시간을 비교함으로써 성능을 평가하였다. 실험 결과 LIPCA가 정적 작동 뿐 아니라 자유 진동 제어에서도 단일 PZT보다 성능이 우수함을 확인하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1227-1228
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• 2015

본 연구에서는 기계적 충격 방식을 통한 주파수 상향방식을 이용하여 저주파 진동원으로부터 충분한 에너지를 수확할 수 있는 압전 구동 방식의 광대역 에너지 수확 소자를 제작하고 평가하였다. 유연한 외팔보의 진동으로 인한 기계적 충격은 압전 외팔보에 큰 두 번째 힘을 전달한다. 변형률이 커지고 주파수 상향방식을 사용한 결과로 출력 전력과 동작 주파수의 대역폭 또한 향상되었다. 제작된 에너지 수확소자의 질량체 비율은 ${\mu}=5.8$, 스토퍼의 거리는 d = 0.5 mm이며, 17 Hz의 주파수, $30k{\Omega}$의 최적 부하저항에서 $449{\mu}W$의 최대 피크 전력을 전달하였다. 또한 1 g로 가진하였을 때 11 Hz부터 28 Hz의 주파수 대역에서 동작이 가능하였고, 저주파수의 무작위 진동에서도 효율적으로 에너지 수확이 가능하다는 것을 입증하였다.