Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.90-100
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1993
A finite element formulation of vibration control of a laminated plate with piezoelectric sensor/ actuators is presented. Classical lamination theory with the induced strain actuation and Hamilton's principle are used to formulate the equations of motion of the system. The total charge developed on the sensor layer is calculated from the direct piezoelectric equation. The equations of motion and the total charge are discretized with 4 node, 12 degrees of freedom quadrilateral plate bending elements with one electrical degree of freedom. The mass and stiffness of the piezoelectric layer are introduced by treating them as another layer in laminated plate. Piezoelectric sensor/actuators are distributed, but discrete due to the geometry of electrodes. By defining an i.d. number of electrode for each element, modelling of electrodes with variable geometry can be achieved. The static response of a piezoelectric bimorph beam to electrical loading and sensor voltage to given displacement are calculated. For a laminated plate under the negative velocity feedback control, the direct time response by the Newmark-.betha. method and damped frequencies and modal damping ratios by modal state space analysis are derived.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.1
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pp.5-11
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2002
Active vibration control of intelligent laminated composite plates is performed experimental1y Laminated composite place is modeled by the system identification method. For the system identification process, the laminated composite place is excited by two piezoelectric actuators with PRBS signals. At the same time, the displacement of the laminated composite plate is measured by a gap sensor. From these excited PRBS signals and the measured displacement sequence, system parameters of the laminated composite plate are estimated using a recursive prediction error method. Model of the laminated composite plate with two piezoeletric actuators is assumed to be the form of ARMAX. From the estimated ARHMAX model, a state space equation of the observable canonical form is obtained. With this state space equation, a controller and an observer for active vibration control is designed using the optimal control method. Controller and observer are implemented on a digital system. Experiments on the vibration control are Performed with changing the outer layer fiber orientation of intelligent composite plates.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.4
s.97
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pp.395-403
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2005
The dynamic characteristics of delaminated smart composite laminates are studied using animproved layerwise laminate theory. The theory is capable of capturing interlaminar shear stresses that are critical to delamination. The presence of discrete delamination is modeled through the use of Heaviside unit step functions. Stress free boundary conditions are enforced at all free surfaces. Continuity in displacement field and transverse shear stresses are enforced at each ply level. In modeling piezoelectric composite plates, a coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. Numerical analysis is conducted to investigate the effect of nonlinearity in the transient vibration of bimodular behavior caused by the contact impact of delaminated interfaces. Composite plates with delamination, subject to external loads and voltage history from surface bonded sensors, are investigated and the results are compared with corresponding experimental results and plates without delamination.
Double boss type composite pressure bottles have been developed widely but single boss type had not because there are some difficulty in technical point. In this paper a research was performed to develop composite pressure vessel in conjunction with design, fabrication, and test. Fiber pattern and angles were decided by CADFIL software and they are [liner/$15^{\circ}$/$15^{\circ}$/$90^{\circ}$/$18^{\circ}$/$90^{\circ}$/$21^{\circ}$/$21^{\circ}$/$90^{\circ}$]. Fabrication of bottles was done by AEA's 5-axis filament winding machine. During fabrication fiber optic sensor were embedded to measure were behavior of structure at the applied internal pressure. Even though satisfied test results were not obtained, the experimental set-up of fiber optics showed the possibility for the application of filament wound vessels. However, the conventional strain and fabrication of single boss composite bottles.
Kim, Dong-Hwan;Nam, Sungju;Kim, Jaeyoon;Lee, Won-Yong
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.10
no.2
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pp.177-184
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2019
An electrochemical detection method for capsaicin has been developed using ionic liquid (IL) doped graphene-titania-Nafion composite-modified electrode. The combination of IL (1-hexyl-3-methylimidazolium with hexafluorophosphate counter ion) in the composite-modified electrode resulted in a significantly increased electrochemical response for capsaicin compared to that obtained at the corresponding electrode without IL. The increased electrochemical signal could be ascribed to the decreased electron transfer resistance through the composite film and also to the effective accumulation of capsaicin on the electrode surface due to ${\pi}-{\pi}$ interaction of the imidazole groups of IL with the aromatic rings of capsaicin. The present IL composite-modified electrode can detect capsaicin with a concentration range from $3.0{\times}10^{-8}M$ to $1.0{\times}10^{-5}M$ with a detection limit of $3.17{\times}10^{-9}M$ (S/N = 3). The present sensor showed good reproducibility (RSD = 3.2%).
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.126-129
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2001
LIPCA (LIghtweight Piezo-composite Curved Actuator) is an actuator device which is lighter than other conventional piezoelectric ceramic type actuator. LIPCA is composed of a piezoelectric ceramic layer and fiber reinforced light composite layers, typically a PZT ceramic layer is sandwiched by a top fiber layer with low CTE (coefficient of thermal expansion) and base layers with high CTE. LIPCA has curved shape like a typical THUNDER (thin-layer composite unimorph feroelectric driver and sensor), but it is lighter an than THUNDER. Since the curved shape of LIPCA is from the thermal deformation during the manufacturing process of unsymmetrically laminated lay-up structure, an analysis for the thermal deformation and residual stresses induced during the manufacturing process is very important for an optimal design to increase the performance of LIPCA. To investigate the thermal deformation behavior and the induced residual stresses of LIPCA at room temperature, the curvatures of LIPCA were measured and compared with those predicted from the analysis using the classical lamination theory. A methodology is being studied to find an optimal stacking sequence and geometry of LIPCA to have larger specific actuating displacement and higher force. The residual stresses induced during the cooling process of the piezo-composite actuators have been calculated. A lay-up geometry for the PZT ceramic layer to have compression stress in the geometrical principal direction has been designed.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.251-257
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1999
Smart structure that contains sensors, which are either embedded in a composite material or attached to a structure, is currently receiving considerable attention. Fiber Bragg grating sensor, one of the optical fiber sensors, has been widely used to sense strain and temperature for smart structures since both parameters change the resonant frequency of the grating. In this paper, according to the various heating and cooling conditions the thermal behavior of unidirectional composite material was monitored by embedding the fiber Bragg grating sensors in the longitudinal and transverse directions of unidirectional composites. The thermal behavior of unidirectional composite material was monitored for various heating and cooling rates and applied pressure. It was found that the thermal behavior was unaffected by pressure variations and heating and cooling rates applied to the composites. The thermal strains were measured by considering the shift in Bragg wavelength that was generated by the thermal expansion of composite specimen. The longitudinal and transverse C.T.E.'s were also obtained from the corresponding temperature-thermal strain curves.
Abideen, Zain Ul;Kim, Jae-Hun;Lee, Jae-Hyoung;Kim, Jin-Young;Mirzaei, Ali;Kim, Hyoun Woo;Kim, Sang Sub
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.54
no.5
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pp.366-379
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2017
Nanostructured materials have attracted considerable research interest over the recent decades because of their potential applications in nanoengineering and nanotechnology. On the other hand, the developments in nanotechnology are strongly dependent on the availability of new materials with novel and engineered morphologies. Among the novel nanomaterials reported thus far, composite nanofibers (NFs) have attracted considerable attention in recent years. In particular, metal oxide NFs have great potential for the development of gas sensors. Highly sensitive and selective gas sensors can be developed by using composite NFs owing to their large surface area and abundance of grain boundaries. In composite NFs, gas sensing properties can be enhanced greatly by tailoring the conduction channel and surface properties by compositional modifications using the synergistic effects of different materials and forming heterointerfaces. This review focuses on the gas sensing properties of composite NFs synthesized by an electrospinning (ES) method. The synthesis of the composite NFs by the ES method and the sensing mechanisms involved in different types of composite NFs are presented along with the future perspectives of composite NFs.
Kim, Do-Yeon;Yu, Joon-Boo;Son, Sung-Ok;Huh, Jeung-Soo
Journal of Sensor Science and Technology
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v.15
no.3
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pp.211-215
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2006
Conducting polymer (Polypyrrole) and Tin oxide ($SnO_{2}$) composite films have been fabricated with layer-by-layer technique. $SnO_{2}$ layer was screen-printed on $Al_{2}O_{3}$ substrate and then was dip-coated with polypyrrole (Ppy). The microstructures of composite films were evaluated by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and FTIR spectral analysis. The change in sensitivity to various VOCs was observed. The target VOCs were methanol, ethanol, benzene and toluene. The sensitivities of the $Ppy/SnO_{2}$ sensor to benzene and toluene were very low at 1000 ppm (2.1 %, 1.5 %), while the sensitivities to methanol and ethanol was high (9 %, 11 %). It indicates that the sensors have selectivity to alcoholic gases such as methanol and ethanol.
A simple process of fabricating micropillar structure and its influence upon enhancing electrochemical biosensor response were studied in this work. Conducting polymer PEDOT was used as a base material in formulating a composite with PVA. Micro porous PC membrane filter was used as a template for the micropillar of the composite on ITO electrode. This structure could provide plenty of encapsulating space for enzyme species. After dosing enzyme solution into this space, Nafion film tent was cast over the pillar structure to complete the micropillar cavity structure. In this way, the encapsulation of enzyme could be accomplished without any chemical modification. The amount of enzyme species was easily controllable by varying the concentration of the dosing solution. The more amount of enzyme is stored in the sensor, the higher the electrochemical response is produced. One more reason for the sensitivity improvement comes from the large surface area of the micropillar structure. Application of 0.7 V produced the best current response under the condition of pH 7.4. This biosensor showed linear response to the glucose in 0.1~1 mM range with the average sensitivity of $14.06{\mu}A/mMcm^2$. Detection limit was 0.01 mM based on S/N = 3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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