IPMC(Ionic Polymer-Metal Comosite) exhibits large deformation, having great attention in many application fields. It generates bending moment by ion exchange polymer film. It can be quickly bended by the applied voltage across the plated electrode of the polymer film. In the present paper, we derive the theoretical modeling and dynamic analysis of bending motions of IPMC actuators using the Euler-Bernoulli beam theory. The theoretical model of a cantilever IPMC actuator estimates the moment produced by the applied voltage. The dynamic characteristics, including natural frequencies and frequency response, are calculated by the theoretical model, and they are compared with the experimental results and finite element analysis. It is shown that the mathematical modeling allows precise estimation to the voltage-driven motion of the cantilever IPMC in air.
Design of piezoelectric energy harvester for a wide operating frequency range is a challenging problem and is currently being investigated by many researchers. Widening the operating frequency is required, as the energy is harvested from ambient source of vibration which consists of spectrum of frequency. This paper presents a new technique to increase the operating frequency range which is achieved by designing a harvester featured by a propped cantilever beam with variable over hang length. The proposed piezoelectric energy harvester is modeled analytically using Euler Bernoulli beam theory and the effectiveness of the harvester is demonstrated through experimentation. The results from analytical model and from experimentation reveal that the proposed energy harvester generates an open circuit output voltage ranging from 36.43 V to 11.94 V for the frequency range of 27.24 Hz to 48.47 Hz. The proposed harvester produces continuously varying output voltage and power in the broadened operating frequency range.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.11
no.4
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pp.90-96
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2012
The forced vibration response characteristics of a elastically restrained pipe conveying fluid with attached mass are investigated in this paper. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by using Hamilton's principle. The effects of attached mass and spring constant on the forced vibration characteristics of pipe at conveying fluid are studied. The forced deflection response of pipe with attached mass due to the variation of fluid velocity is also presented. The deflection response is the mid-span deflection of the pipe. The dimensionless forcing frequency is the range from 0 to 16 which is the first natural frequency of the pipe.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.1
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pp.61-66
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2002
The nonlinear differential equations of motion of a fluid conveying curved pipe are derived by use of Hamiltonian approach. The extensible dynamics of curled pipe is based on the Euler-Bernoulli beam theory. Some significant differences between linear and nonlinear equations and the dynamic characteristics are discussed. Generally, it can be shown that the natural frequencies in curved pipes are changed with flow velocity. Linearized natural frequencies of nonlinear equations are slightly different from those of linear equations.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.802-807
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2003
The purpose of this paper is to investigate the free vibration characteristics of tapered beams with translational and rotational springs and tip masses at the ends. The beam model is based on the classical Bernoulli-Euler beam theory. The governing differential equation for the free vibrations of linearly tapered beams is solved numerically using the corresponding boundary conditions. Numerical results are compared with existing solutions by other methods for cases in which they are available. The lowest three natural frequencies are calculated over a wide range of non-dimensional system parameters: the translational spring parameter, the rotational spring parameter, the mass ratio and the dimensionless mass moment of inertia.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.4
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pp.66-72
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1986
Numerical analysis has been made on the dynamic behavior of a supporting structure subjected to a force of time dependent frequency. The effect of solid viscosity is studied when the frequency of external force passes through the first critical frequency of the simple beam for four times. Within the Euler-Bernoulli beam theory, the solutions are obtained by using finite Fourier and Laplace transformation methods with respect to space and time variables. The result shows that the maximum value of the dynamic deflection is considerably affected by the value of the solid viscosity as well as the frequency difference The maximum dynamic deflection is found to occur in the frequency lower limit C of 0.85-0.985 in the presence of the solid viscosity.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.11
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pp.1049-1056
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2012
The forced vibration response characteristics of a cracked pipe conveying fluid with a concentrated mass are investigated in this paper. Based on the Euler-Bernoulli beam theory, the equation of motion is derived by using Hamilton's principle. The effects of concentrated mass and fluid velocity on the forced vibration characteristics of a cracked pipe conveying fluid are studied. The deflection response is the mid-span deflection of a cracked pipe conveying fluid. As fluid velocity and crack depth are increased, the resonance frequency of the system is decreased. This study will contribute to the decision of optimum fluid velocity and crack detection for the valve-pipe systems.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.2
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pp.43-50
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1986
Numerical analysis has been made on the dynamic behavior of an elastically supported beam subjected to an axial force and solid viscosity when the frequency of external force passes through the first critical frequency of the beam. Within the Euler-Bernoulli beam theory the solutions are obtained by using finite Fourier sine transform and Laplace transformation methods with respect to space and time variables. Integrations involved in the theoretical results are carried out by Simpson's numerical integration rule. The result shows that the maximum value of the dynamic deflection are much affected by the value of a solid viscosity, an axial force, an elastic constant and ratio of .omega.$_{max}$/.omega.$_{1}$.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.4
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pp.405-413
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2010
The vibration characteristics of fully and partially embedded piles with flexibly supported end carrying an eccentric tip mass are investigated. The pile model is based on the Bernoulli-Euler theory and the soil is idealized as a Winkler model for mathematical simplicity. The governing differential equations for the free vibrations of such members are solved numerically using the corresponding boundary conditions. The lowest three natural frequencies and corresponding mode shapes are calculated over a wide range of non-dimensional system parameters: the rotational spring parameter, the relative stiffness, the embedded ratio, the mass ratio, the dimensionless mass moment of inertia, and the tip mass eccentricity.
In this paper, the effect of material-temperature dependent on the wave propagation of a cantilever beam composed of functionally graded material (FGM) under the effect of an impact force is investigated. The beam is excited by a transverse triangular force impulse modulated by a harmonic motion. Material properties of the beam are temperature-dependent and change in the thickness direction. The Kelvin-Voigt model for the material of the beam is used. The considered problem is investigated within the Euler-Bernoulli beam theory by using energy based finite element method. The system of equations of motion is derived by using Lagrange's equations. The obtained system of linear differential equations is reduced to a linear algebraic equation system and solved in the time domain and frequency domain by using Newmark average acceleration method. In order to establish the accuracy of the present formulation and results, the comparison study is performed with the published results available in the literature. Good agreement is observed. In the study, the effects of material distributions and temperature rising on the wave propagation of the FGM beam are investigated in detail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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