• Smart Structures and Systems
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• 제12권2호
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• pp.97-119
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• 2013

This paper presents numerical and experimental results on the use of guided waves for structural health monitoring (SHM) of crack growth during a fatigue test in a thick steel plate used for civil engineering application. Numerical simulation, analytical modeling, and experimental tests are used to prove that piezoelectric wafer active sensor (PWAS) can perform active SHM using guided wave pitch-catch method and passive SHM using acoustic emission (AE). AE simulation was performed with the multi-physic FEM (MP-FEM) approach. The MP-FEM approach permits that the output variables to be expressed directly in electric terms while the two-ways electromechanical conversion is done internally in the MP-FEM formulation. The AE event was simulated as a pulse of defined duration and amplitude. The electrical signal measured at a PWAS receiver was simulated. Experimental tests were performed with PWAS transducers acting as passive receivers of AE signals. An AE source was simulated using 0.5-mm pencil lead breaks. The PWAS transducers were able to pick up AE signal with good strength. Subsequently, PWAS transducers and traditional AE transducer were applied to a 12.7-mm CT specimen subjected to accelerated fatigue testing. Active sensing in pitch catch mode on the CT specimen was applied between the PWAS transducers pairs. Damage indexes were calculated and correlated with actual crack growth. The paper finishes with conclusions and suggestions for further work.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권1호
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• pp.79-87
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• 2015

요요 진동시스템을 이용한 파력발전 장치의 모델링 및 성능해석을 수행하였다. 본 연구의 파력발전 시스템은 기계적 요소인 요요진동 시스템, 모션정류 시스템, 동력전달 시스템과 전기적 요소인 발전시스템으로 구성된다. 특히 요요 진동시스템을 적용하여 파랑의 입력을 회전운동으로 변환하였으며 입력되는 파랑의 크기가 공진현상에 의해 증폭되어 높은 에너지 변환효율을 갖도록 구성되었다. 기계적 시스템과 전기적 시스템의 임피던스 연결(Impedance matching)을 통해 기계-전기 통합 해석 모델을 수립하였다. 일정 입력 가속도 0.14g 에서 다양한 파랑 주파수와 시스템 감쇠비에 대한 수치적 성능 해석을 진행하였다. 최대 전기적 출력은 공진주파수에서 부하저항이 최적 부하 조건을 만족할 때 발생하였으며, 이때 최대 전기 출력은 290W, 발전 효율은 48%이다. 해석 결과를 통해 공진 현상을 이용하여 파력발전장치의 출력을 크게 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권1호
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• pp.57-67
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• 2018

APD (Antenna Pointing Driver)는 차세대 중형위성에 탑재되는 위성 데이터 전송용 2축 짐벌식 X-밴드 안테나를 구동하기 위한 전장품이다. 전장품에 탑재된 EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) 소자의 열소산은 소자의 효율과 수명, 신뢰도에 직접적으로 영향을 미치게 되며, 종국에는 소자 자체의 파손으로 위성 전체 시스템의 실패를 초래할 수 있다. 임무기간동안 전장품의 신뢰성을 보장하기 위해 EEE 소자의 접합온도는 중요한 설계요소가 되며, 허용범위 내에서 확보되어야 한다. 따라서 사전에 소자의 감쇄비를 고려한 열해석이 반드시 수행되어야하며, 이를 위해 적절한 열해석모델을 구축하여야한다. 본 논문에서는 APD의 온도 요구조건 만족여부를 확인하기 위해 열설계 및 열해석을 수행하였으며, 이와 더불어 각 모델링 기법에 따른 열해석모델의 유효성을 비교, 분석하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제3권3호
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• pp.165-172
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• 1998

USM의 전기 기계적인 변환은 USM의 고정자에 정렬된 PZT트랜듀서를 구동하기 위한 2-상 고주파 전력 변환부와 고정자와 회전자 사이에 마찰력을 변환하는 기계적인 트러로써 나눠지며 이러한 구조특성 때문에 온도에 의한 비선형 특성이 내포하게 된다. 초음파 모터의 외함의 온도가 +2$0^{\circ}C$~3$0^{\circ}C$에서는 정상적인 특성을 나타내지만 장시간의 운전에 의한 모터의 마찰열에 의해 온도증가는 구동주파수, 구동전류, 속도의 감소를 가져온다. 현재 사용되고 있는 초음파 모터는 온도에 대한 보상이 이뤄지지 않고 있다. 본 논문에서는 퍼지제어 기법을 통해 초음파 모터의 운전중 외함의 온도증가에 따른 속도 보상용 시스템을 제안한다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권3호
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• pp.267-274
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• 2005

This paper presents the fabrication of surface acoustic wave (SAW)-based pressure sensor for long-term stable mechanical compression force measurement. SAW pressure sensor has many attractive features for practical pressure measurement: no battery requirement, wireless pressure detection especially at hazardous environments, and easy other functionality integrations such as temperature, humidity, and RFID. A $41^{\circ}$ YX $LiNbO_3$ piezoelectric substrate was used because of its high SAW propagation velocity and large values of electromechanical coupling factors $K^2$. A silicon substrate with $\~200{\mu}m$ deep cavity was bonded to the diaphragm with epoxy, in which gold was covered all over the inner cavity in order to confine electromagnetic energy inside the sensor, and provide good isolation of the device from its environment. The reflection coefficient $S_{11}$ was measured using network analyzer. High S/N ratio, sharp reflected peaks, and clear separation between the peaks were observed. As a mechanical compression force was applied to the diaphragm from top with extremely sharp object, the diaphragm was bended, resulting in the phase shifts of the reflected peaks. The phase shifts were modulated depending on the amount of applied mechanical compression force. The measured $S_{11}$ results showed a good agreement with simulated results obtained from equivalent admittance circuit modeling.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권7호
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• pp.310-316
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• 2019

자동차 편의 장치에 대하여 고객들은 높은 효율과 많은 기능을 요구하고 있으며, 이러한 자동차 어플리케이션에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구에서는 최근 자동차 편의 사양으로 개발된 무선충전기의 PCB(printed circuit board) 발열 성능 향상을 위한 열 유동해석에 관한 연구를 진행하였다. 무선충전기는 PCB의 전력 손실 및 열 저항의 특성 발열에 따라 충전의 성능이 급격히 저하된다. 따라서 열 유동해석 시뮬레이션을 통해 최적의 PCB 설계 및 부품의 실장 위치를 제안하고, 각 설계 단계에서 해석을 통해 디자인을 결정한다. 이후, 실제 환경 조건에서 해석결과 정합성 검증을 위해 시험을 수행하고 결과를 비교 분석한다. 본 논문에서는 HyperLynx Thermal와 FloTHERM 프로그램을 사용하여 PCB 모델링 및 과도 응답 열 유동해석을 수행하였다. 또한, 해석 및 측정 결과의 정합성 검증을 위해 적외선 열화상 카메라를 사용하여 시험을 진행하였다. 최종 결과 비교에서 해석과 시험의 오차는 10 % 이내로 확인되었고, PCB의 발열 성능도 향상되었다.