• Steel and Composite Structures
• /
• 제37권1호
• /
• pp.99-115
• /
• 2020

This article deals with the dynamic analysis in pad concrete foundation containing Silica nanoparticles (SiO₂) subject to seismic load. In order to control the foundation smartly, a piezoelectric layer covered the foundation. The weight of the building by a column on the foundation is assumed with an external force in the middle of the structure. The foundation is located in soil medium which is modeled by spring elements. The Mori-Tanaka law is utilized for calculating the equivalent mechanical characteristics of the concrete foundation. The Kevin-Voigt model is adopted to take into account the structural damping. The concrete structure is modeled by a thick plate and the governing equations are deduced using Hamilton's principle under the assumption of higher-order shear deformation theory (HSDT). The differential quadrature method (DQM) and the Newmark method are applied to obtain the seismic response. The effects of the applied voltage to the smart layer, agglomeration and volume percent of SiO₂ nanoparticles, damping of the structure, geometrical parameters and soil medium of the structure are assessed on the dynamic response. It has been demonstrated by the numerical results that by applying a negative voltage, the dynamic deflection is reduced significantly. Moreover, silica nanoparticles reduce the dynamic deflection of the concrete foundation.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• /
• 제6권1호
• /
• pp.17-26
• /
• 2005

An optical phase tracking technique for an extrinsic Fabry-Perot interferometer (EFPI) is proposed in order to overcome interferometric non-linearity. Basic idea is utilizing strain-rate information, which cannot be easily obtained from an EFPI sensor itself. The proposed phase tracking system consists of a patch-type EFPI sensor and a simple on-line phase tracking logic. The patch-type EFPI sensor comprises an EFPI and a piezoelectric patch. An EFPI sensor itself has non-linear behavior due to the interferometric characteristics, and a piezoelectric material has hysteresis. However, the composed patch-type EFPI sensor system overcomes the problems that can arise when they are used individually. The dynamic characteristics of the proposed phase tracking system were investigated, and then the patch-type EFPI sensor system was applied to the active suppression of flutter, dynamic aeroelastic instability, of a swept-back composite plate structure. The proposed system has effectively reduced the amplitude of the flutter mode, and increased flutter speed.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제51권4호
• /
• pp.1132-1141
• /
• 2019

Steel-concrete-steel (SCS) sandwich structures have important advantages over conventional concrete structures, however, bond-slip between the steel plate and concrete may lead to a loss of composite action, resulting in a reduction of stiffness and fatigue life of SCS sandwich structures. Due to the inaccessibility and invisibility of the interface, the interfacial performance monitoring and debonding detection using traditional measurement methods, such as relative displacement between the steel plate and core concrete, have proved challenging. In this work, two methods using piezoelectric transducers are proposed to detect the bond-slip between steel plate and core concrete during the test of the beam. The first one is acoustic emission (AE) method, which can detect the dynamic process of bond-slip. AE signals can be detected when initial micro cracks form and indicate the damage severity, types and locations. The second is electromechanical impedance (EMI) method, which can be used to evaluate the damage due to bond-slip through comparing with the reference data in static state, even if the bond-slip is invisible and suspends. In this work, the experiment is implemented to demonstrate the bond-slip monitoring using above methods. Experimental results and further analysis show the validity and unique advantage of the proposed methods.

• Advances in nano research
• /
• 제14권5호
• /
• pp.409-419
• /
• 2023

Tracking the motion of tennis balls is a challenging task in using cameras around the tennis court. The most important instance of the tennis trajectory is the time of impact and touch the court which in some cases could not be detected precisely. In the present study, we aim to present a novel design of tennis balls equipped with nano-sensors to detect the touch of the ball to the court. In the impact instance, tennis ball receives significant acceleration and change in the linear momentum. This large acceleration could deform a small-beam structure with piezoelectric layer to produce voltage. The voltage could further be utilized to produce infrared waves which could be easily detected by infrared detection sensors installed on the same video cameras or separately near the tennis court. Therefore, the exact time of the impact could be achieved with higher accuracy than image analyzing method. A detailed dynamical property of such sensors is discussed using nonlinear beam equations. The results show that within the acceleration range of tennis ball during an impact, the piezoelectric patches of the nano-sensors in the tennis ball could produce enough voltages to propagate infrared waves to be detected by infrared detectors.

• 한국염색가공학회지
• /
• 제32권3호
• /
• pp.167-175
• /
• 2020

In this study, the optimum conditions for manufacturing PVDF nano web according to various electrospinning conditions such as solution concentration and applied voltage conditions were confirmed. The optimum spinning conditions were studied by analyzing the changes in the radioactivity of PVDF/TiO₂ nano web according to the TiO₂ content and the content of β-phase closely related to the piezoelectric properties under established conditions. As a result, it was confirmed that the concentration of the spinning solution was 20 wt%, the applied voltage was 25 kV, and the TiO₂ content was 5 phr. PVDF nano web and PVDF/TiO₂ nano web were observed morphologies through Scanning Electron Microscope(SEM) analysis. Formation of β-phase by electrospinning was confirmed by Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR) and X-ray Diffractometer(XRD), and the effect of the trapped nano web structure on the piezoelectric properties was investigated.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제37권8호
• /
• pp.744-750
• /
• 2009

본 논문에서는 압전 작동기로 구동되는 무밸브 마이크로 펌프의 펌프 성능을 계산하였다. 선행연구에서 개발된 마이크로 펌프는 4층의 경량 압전 복합재료 작동기, PDMS로 된 챔버와 2개의 디퓨져로 이루어져 있다. 유한요소 해석은 압전 영역, 구조 영역 및 유체 영역을 완전 연성하여 수행되었다. 구조 및 압전 영역의 해석은 ANSYS를 사용하였으며, 유체영역의 해석은 ANSYS CFX를 사용하여 수행하였다. 작동 주파수가 10 Hz와 40 Hz인 경우에 대한 해석을 수행하여 작동 주파수가 유동 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 300 Hz까지의 유동 해석을 통하여 작동 주파수에 따른 유량을 계산하였다.

• Composites Research
• /
• 제13권6호
• /
• pp.47-54
• /
• 2000

복합재 구조물의 저속충격탐지 방법 중의 하나는 고분자 압전센서를 이용하는 것이다. 본 논문에서는 저속충격을 받는 복합재 평판에 대한 충격력과 부착된 스트레인 게이지, 고분자 압전센서 신호와의 관계를 유도하였다. 압전센서의 등가회로도를 통해서 고분자 압전센서의 개회로 신호와 폐회로 신호와의 관계를 유도하여 전하증폭기를 사용하지 않은 고분자 압전센서 신호를 이용하여 복합재 평판의 충격력 복원 가능성에 대한 연구로 확장하였다. 진동실험을 통하여 얻은 복합재 평판의 고유진동수와 감쇠비를 이용하여 해석적인 모델을 수정하여 정방향 문제와 역방향 문제에 있어서 오차를 줄일 수 있었다. 복원된 충격력과 해석적인 센서 신호는 실제 저속 충격 실험을 통하여 측정한 충격력, 스트레인 게이지 신호, 그리고 고분자 압전센서 신호와 잘 일치하였다.

• Composites Research
• /
• 제28권4호
• /
• pp.155-161
• /
• 2015

본 연구는 복합재료 구조물에 전기-기계 변환 기능을 융합한 센서-구조 일체형 복합재료 구조물 제작 방법에 관한 것으로 복합재료 구조물 자체가 센서 역할을 수행할 수 있도록 하여 구조 스스로 충격이나 진동 신호를 감지하고 손상 위치 또는 손상 정도를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 다기능 복합 구조물에 관한 연구이다. 복합재 구조물에 전기-기계 변환 기능을 부여하기 위해 복합재 제작에 사용되는 에폭시 수지 대신 전기-기계 변환기능을 갖는 $Pb(Ni_{1/3}Nb_{2/3})O_3-Pb(Zr,\;Ti)O_2$ (PNN-PZT) 분말과 에폭시 수지를 1:30 wt% 혼합하여 제작된 스마트 수지를 사용하였다. Hand Lay-up 공법과, VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding) 성형 방법을 이용하여 유리섬유에 스마트 수지를 함침시켜 센서-구조 일체형 복합재료 구조물을 제작하였다. 구조물을 센서로 사용하기위해 시편의 윗면과 아랫면에 전도성 도료를 사용하여 전극을 제작하였고, 고전압 앰프를 이용하여 상온에서 30분간 4kV/mm의 전계로 분극 처리를 수행하였다. 이후 충격망치를 사용하여 시편에 충격을 가했을 때 출력되는 전기 신호와 충격망치 신호를 비교하여 충격 신호 감응 및 감도를 측정하고 그 결과를 기술하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제35권5호
• /
• pp.390-396
• /
• 2007

본 연구에서는 새의 날개운동을 모사하기 위하여 스마트 재료를 이용한 플래핑 날개를 설계 및 제작하였다. 날개는 복합재료 프레임과 유연한 PVC 표피 그리고 표면 작동기로 구성되어 있으며, 주요 날개운동으로서 날갯짓, 비틀림 그리고 캠버 운동을 선정하였다. 날개의 캠버를 변화시키기 위하여 Macro-Fiber Composite를 표면작동기로서 적용하였으며, 압전-열 관계식을 이용하여 MFC의 구조 응답을 해석하였다. 양력과 추력을 동시에 측정하기 위하여 두개의 로드셀로 구성된 시험대를 제작하였으며, 공기역학적 특성을 평가하기 위하여 풍동실험을 수행하였다. 실험결과로부터 주요 양력은 기체의 전진속도와 피치각에 의존되며, 추력은 날갯짓 주파수에 의존됨을 확인하였다. 또한 MFC 작동기를 이용한 캠버효과를 통하여 정적조건에서 24.4%와 동적조건에서 20.8%의 충분한 양력증가를 확인할 수 있었다.

• Composites Research
• /
• 제31권4호
• /
• pp.145-150
• /
• 2018

항공우주산업에서 구조물의 수명연장과 경제적 측면에서의 효율적인 운용을 위해 다양한 구조건전성모니터링(Structural Health Monitoring, SHM) 기법들이 제시되어왔다. 금속재 구조물의 경우, 수분이나 염분 등에 의한 부식이나 쉽게 응력집중이 발생하는 타공, 노치, 볼트 등과 같은 위치에서의 균열이 주된 관심사였으나, 항공우주산업에서의 복합재 사용비율이 증가함에 따라 손상 메커니즘이 더욱 복잡한 복합재 구조물에 적용이 가능한 고도화된 SHM 시스템의 필요성이 강조되고 있다. 본 논문에서는 Q-switched 레이저와 다수의 압전센서를 이용한 복합재에서의 AE(Acoustic emission) 위치탐지 기법을 제시한다. 제시되는 기법은 10 mm 이내의 거리오차로 방출위치 탐지를 목표로 하며 복합재 구조에서 수행된 AE 모사실험 및 위치탐지 시도 결과를 제시하여 기법이 유효함을 증명한다.