• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제26권6호
• /
• pp.434-440
• /
• 2013

With polymer properties and ceramic volume fraction as design variables, the optimal structure of 1-3 piezocomposites has been determined to maximize the thickness mode electromechanical coupling factor. When the piezocomposite vibrates in a thickness mode, inter-pillar resonant modes are likely to occur between lattice-structured piezoceramic pillars and polymer matrix, which significantly deteriorates the performance of the piezocomposite. In this work, a new method to design the structure of the 1-3 type piezocomposite is proposed to maximize the thickness mode electromechanical coupling factor while preventing the occurrence of the inter-pillar modes. Genetic algorithm was used for the optimal design, and the finite element analysis method was used for the analysis of the inter-pillar mode.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제26권11호
• /
• pp.790-800
• /
• 2013

The optimal structure of 1-3 piezocomposites has been determined by controlling polymer properties, ceramic volume fraction, thickness of composite and aspect ratio of the composite to maximize the TVR (transmitting voltage response), RVS (receiving voltage sensitivity) and FBW (fractional bandwidth) of underwater acoustic transducers. Influence of the design variables on the transducer performance was analyzed with equivalent circuits and the finite element method. When the piezocomposite is vibrating in a pure thickness mode, inter-pillar resonant modes are likely to occur between lattice-structured piezoceramic pillars and polymer matrix, which significantly deteriorate the performance of the piezocomposite. In this work, a new method to design the structure of the 1~3 type piezocomposite was proposed to maximize the TVR, RVS and FBW while preventing the occurrence of the inter-pillar modes. Genetic algorithm was used in the optimal design.

• 한국음향학회지
• /
• 제42권5호
• /
• pp.377-387
• /
• 2023

본 논문에서는 1-3형 압전복합재료를 단일상의 균질 압전매질로 모델링하기 위해 필요한 등가의 물성을 유한요소 해석으로 직접 추출하는 기법의 정확도를 다룬다. 직접 추출 기법은 압전재료의 전기적, 기계적 거동과 상호 간 커플링을 기술하는 구성방정식을 기반으로 물성 행렬의 개별 성분들을 직접적으로 산출하는 방법이다. 직접 추출에 사용되는 두 가지 구성방정식 조합 간의 정확도를 비교하기 위하여 단일 1-3형 압전복합재료 하이드로폰을 대상으로 등가물성과 수신감도를 산출하고 전체 영역에 대한 유한요소 해석 결과와 비교한다. 물성 추출의 정확도는 압전복합재료를 구성하는 폴리머의 탄성 특성과 밀접한 관련이 있음을 확인하고, 오차 원인을 분석하여 정확한 등가물성 산출을 위한 가이드라인을 제시한다. 압전복합재료 하이드로폰과 주변의 음향구조물을 포함하는 스테이브 규모에 대해서도 등가 모델링을 적용하여 추출된 물성의 정확도와 연산량 감소를 확인한다.

• 한국음향학회지
• /
• 제23권4호
• /
• pp.274-281
• /
• 2004

본 연구에서는 상용 유한 요소 해석 프로그램인 PZflex를 이용하여 1-3형 압전 복합체를 설계하고 이를 바탕으로 단일소자 의료용 초음파 트랜스듀서를 개발하였다. 유한요소 해석법을 이용하면 기존의 이론적 방법에 의한 압전 복합체 설계의 여러 제약 사항을 극복하고, 실용적인 해석이 가능함을 확인하였다. 또한 유한요소법에 의한 설계 결과를 바탕으로 실제 제작된 압전 복합체와 탐촉자의 성능을 비교함으로써 그 설계법의 타당성을 검증하였으며, 이론적 방법에 의한 특성과도 비교함으로써 유한요소 해석법의 우수성도 확인하였다.

• 한국음향학회지
• /
• 제30권7호
• /
• pp.368-376
• /
• 2011

압전복합체는 낮은 음향 임피던스와 높은 전기-기계 결합계수를 가지는 장점으로 인해 광대역 음향 트랜스듀서의 개발에 널리 활용되고 있으나, 구조의 복잡성으로 인해 이를 이용한 각종 트랜스듀서의 설계에 많은 제약이 있어왔다. 본 논문에서는 1-3형 압전복합체의 등가물성을 도출하여, 압전복합체와 동일한 특성을 가지는 균질한 단일 상의 물질로 대체하는 방법을 제안하였다. 압전복합체의 다양한 진동모드에서의 공진특성을 정확히 나타낼 수 있는 등가물성 도출을 위해 공진법과 유한 요소 해석법을 이용하였다. 제작한 1-3형 압전복합체 시편과 유한요소해석 모델의 주파수 특성을 비교하여 본 논문의 등가물성도출 방법의 타당성을 검증하였으며, 등가물성을 각 공진 모드별 단일상의 유한요소 해석 모델들에 적용하여 도출한 물성값의 정확성을 분석하였다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제48권6호
• /
• pp.648-653
• /
• 2011

Generally the piezo-composites have superior hydrostatic response characteristics than PZT ceramics due to both the stress amplification effect in axial direction and stress reduction effects in radial direction. This paper described material properties of a 1-3 type piezo-composite that fabricated with ceramic injection molding (CIM) technology. The electro-mechanical performances of the composite have been analyzed using FEM and the physical properties of the composite have been measured with the vol% of the PZT ceramics. Based on the results, the $k_t$ increased rapidly as the vol% of the PZT ceramics increased up to 30 vol% and saturated the constant value in the above region. Also the experimental results have good agreement with the simulation values of the composite. Finally we developed the composites having high piezoelectric properties than the PZT ceramics with the CIM technology.