This paper presents durability characteristics of electrorheological(ER) fluids which undergo a reversible phase change depending upon the imposition of electric fields. The field-dependent Bingham properties are subjected to be altered from long time use of the ER fluid. The level of the changed properties depends upon employed device and test conditions. A piston-rod system which has same mechanism as ER dampers is adopted in this study and tested by increasing operation cycle up to 1 million. Bingham properties of initial and us ER fluids are tested and compared. In addition, these ER fluids are applied to ER damper in order to evaluate damping force performance.
In this research, a new type of haptic master device using electrorheological(ER) fluid for minimally invasive surgery(MIS) is devised and control performance of the proposed haptic master is evaluated. The proposed haptic master consists of ER bi-directional clutch/brake for 2 DOF rotational motion(X, Y) using gimbal structure and ER brake on the gripper for 1 DOF rotational motion (Z). Using Bingham characteristic of ER fluid and geometrical constraints, principal design variables of the haptic master are determined. Then, the generation of torque of the proposed master is experimentally evaluated as a function of applied field of voltage. A sliding mode controller which is robust to uncertainties is then designed and empirically realized. It has been demonstrated via experiment that the proposed haptic master associated with the controller can be effectively applied to MIS in real field conditions.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제5권2호
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pp.32-38
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2004
The electrorheological(ER) fluid has been used to the ultraprecision polishing of single crystal silicon as new polishing slurry whose properties such as yield stress and particle structure changed with the application of an electric field. In this work, it is aimed to find the effective parameters in the ER fluid on material removal in the polishing system whose structure is similar to that of the simple hydrodynamic bearing. The generated pressure in the gap between a moving wall and a workpiece, as well as the electric field-induced stress of the mixture of ER fluid-abrasives, is evaluated experimentally, and their influence on the polishing of single crystal silicon is analyzed. Moreover, the behavior of abrasive and ER particles is described.
This paper presents the temperature-dependent hysteresis identification of an electro-rheological (ER) fluid under various operating temperatures using the Preisach model. As a first step, polymethylaniline (PMA) particles are prepared and mixed with silicone oil to make an ER fluid. A couette type electroviscometer is then employed to obtain the field-dependent shear stress. In order to show the suitability of the Preisach model to predict a physical hysteresis phenomenon of the ER fluid, two significant properties; the minor loop property and the wiping-out property are experimentally examined under three dominant temperature conditions. Subsequently, the Preisach model fur the PMA-based ER fluid is identified using experimental first order descending (FOD) curves. The effectiveness of the identified hysteresis model is verified in the time domain by comparing the predicted field-dependent shear stress with the measured one under the both specified and unspecified temperatures. In addition, the hysteresis model proposed in this work is compared to Bingham model.
This paper presents the identification of temperature-dependent hysteresis of an electro-rheological (ER) fluid under various operating temperatures using the Preisach model. As a first step, polymethylaniline (PMA) particles are prepared and mixed with silicone oil to make an ER fluid. A couette type electroviscometer is then employed to obtain the field-dependent shear stress. In order to show the suitability of the Preisach model to predict a physical hysteresis phenomenon of the ER fluid, two significant properties; the minor loop property and the wiping-out property are experimentally examined under three dominant temperature conditions. Subsequently, the Preisach model for the PMA-based ER fluid is identified using experimental multiple first order descending (FOD) curves. The effectiveness of the identified hysteresis model is verified in the time domain by comparing the predicted field-dependent shear stress with the measured one under the both specified and unspecified temperatures. In addition, the hysteresis model proposed in this work is compared to Bingham model.
This paper presents a parameter design of an Electrorheological(ER) panel for noise reduction using Taguchi method. Taguchi method is a robust design method that determines control parameters in the presence of noise effect. Host structure thickness, spacer thickness, base oil viscosity and the weight ratio of ER particles are chosen for the control factors. A test setup in an SAE J1400 facility is used to analyze the sound transmission loss. The sensitivity of each factor with signal-to-noise(S/N) ratio and analysis of variance are investigated. The analysis results show that the weight ratio of ER particle and base oil viscosity of the ER fluid mostly affects the noise reduction in the presence of electric field. Based on the Taguchi method, an optimal configuration was designed and comparison is made with experimental result fer the verification.
This paper presents vibration control of an engine mount for a passenger vehicle utilizing ER fluid and piezoelectric actuator. The proposed engine mount can be isolated the vibration of wide frequency range with many types of amplitude. The main function of ER fluid is to attenuate vibration for low frequency with large amplitude, while the piezoelectric actuator is activated in hish frequency range with small amplitude. A mathematical model of the engine mount is derived using Hydraulic model and mechanical model. After formulating the governing equation of motion, then field-dependent dynamic stiffness of the engine mount is evaluated for various engine speed and excitation amplitude conditions. Then robust controller is designed to attenuate vibration of wide range frequency component. Computer simulation is undertaken in order to evaluate the vibration control performance such as transmissibility magnitude in frequency domains.
Electro-Rheological(ER) fluids undergo a phase-change when subjected to an external electic field, and this phase-change typically manifests itself as a many-order-of-magnitude change in the rheological behavior. This phenomenon permits the global stiffness and energy- dissipation properties of the beam structures to be tuned in order to synthesize the desired vibration characteristics. This paper reports on a proof-of-concept experimental investigation focussed on evaluation the vibration properties of hollow cantilevered beams filled with an ER fluid. and consequently deriving an empirical model for predicting field-dependent vibration characteristics. A hydrous-based ER fluid consisting of corn starch and silicone oil is employed. The beams are considered to be uniform viscoelastic materials and modelled as a viscously-damped harmonic oscillator. Natural frequency, damping ratio and elastic modulus are evaluated with respect to the electric field and compared among three different beams: two types of different volume fraction of ER fluid and one type of different particle concentration of ER fluid by weight. Transient and forced vibration responses are examined in time domain to demonstrate the validity of the proposed empirical model and to evaluate the feasibility of using the ERfluid as an actuator in a closed-loop control system.
Dynamic Characteristics of two different types of ER(electro-rheological)mounts ; flow and shear mode types are analyzed and compared. As a first step, field-dependent Bingham models of a chemically treated starch/silicone oil-based ER fluid are empirically identified under both flow and shear mode conditions. The models are them incorporated to the governing equation of the corresponding mode ER mount. For the reasonable comparison between two ER mounts, electrode parameters such as electrode gap are designed to be same. Dynamic stiffness and displacement transmissibility of each ER mount are evaluated in frequency domain with respect to the intensity of electric filed. In addition, vibration control capability of each ER mount is investigated in both frequency and time domains by employing the skyhook controller.
Shock wave reduction in electrorheological(ER) smart structures is studied. ER insert is a composite structure comprising two elastic outer layers between which is sandwiched layer of ER fluid. When a voltage is applied across the outer layers. the shear modulus and the loss factor of the ER fluid are enabled, and thus the dynamic properties of the composite structure is altered. For the shock wave reduction in a hull mount of a submerged structure, ER inserts are made on the hull mount structure. To investigate the ER insert shape. many types of ER insert pattern are considered. Modal test of ER insert structures is performed to obtain the mode shapes, natural frequencies and the acceleration transmissibility. The acceleration transmissibility is reduced at such a frequency region when an electric field is applied. It is observed that the natural frequencies and mode shapes can be tunable by applying electric field. The ER-inserted hull mount is installed in an integrated system and the overall performance of shock wave reduction is tested. The possibility of shock wave reduction in the hull mount is demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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