Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.2
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pp.84-89
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2016
We present the results of a study of a piezoelectric generator that generates electricity by the application of tension to an element. A device is named "EYE-type generator". The EYE-type generator consists of a rectangular ceramic and two elastic body plates that are attached to upper and lower surfaces of a ceramic. If tension is applied to both ends of the elastic body, that tension is transformed to pressure on the ceramic through a change in the form of the elastic body, causing a piezoelectric effect whereby electricity is generated by the ceramic. This generator is relatively durable because a forces are not applied directly to the ceramic. We examined dependencies of the generator's output characteristics on the size of the ceramic and elastic body. A resonance and output characteristics were analyzed by using a finite element method. The generator was fabricated based on results of the analysis, and this was attached to a frequency-controllable vibrator to measure the output characteristics. The measured results were compared with results of the simulation, and the results pointed to the practicality of the design.
Elastic wave is one of the most useful tools for non-destructive tests in nuclear power plants. Since the elastic properties are indispensable for analyzing the behaviors of elastic waves, they should be predetermined within an acceptable accuracy. Nuclear power plants are exposed to harsh environmental conditions and hence the structures are degraded. It means that the Young's modulus becomes unreliable and in-situ measurement of Young's modulus is required from an engineering point of view. Young's modulus is estimated from the group velocity of propagating waves. Because the flexural wave of a plate is inherently dispersive, the group velocity is not clearly evaluated in temporal signal analysis. In order to overcome such ambiguity in estimation of group velocity, Wigner-Ville distribution as the time-frequency analysis technique was proposed and utilized. To verify the proposed method, experiments for steel and acryl plates were performed with accelerometers. The results show good estimation of the Young's modulus of two plates.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.1
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pp.53-58
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2016
Various jumping robot platforms have been developed to carry out missions such as rescues, explorations, or inspections of dangerous environments. We suggested a jumping robot platform using energy conversion of the elastic body like the bar of a pole vault, which is the main part in which elastic force occurs. The compliant link was optimized by an optimization method based on Taguchi methodology, and the robot's leaping ability was improved. Among the parameters, the length, width, and thickness of the link were selected as design variables first while the others were fixed. The level of the design variables was settled, and an orthogonal array about its combination was made. In the experiment, dynamic simulations were conducted using the DAFUL program, and response table and sensitivity analyses were performed. We found optimized values through a level average analysis and sensitivity analysis. As a result, the maximum leaping height of the optimized robot increased by more than 6.2% compared to the initial one, and these data will be used to design a new robot.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.24
no.11
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pp.840-845
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2014
Vibration profiles consist of two kinds of pattern, random and harmonic, at general engineering problems and the detailed vibration test mode of a target system is decided by the spectral condition that is exposed under operation. In moving mobility, random responses come generally from road source; whereas the harmonic responses are triggered from rotating machinery parts, such as combustion engine or drive shaft. Different spectral input may accumulate different damage in frequency domain since the accumulated fatigue damage dependent on the pattern of input spectrum in high cyclic loading condition. To evaluate the sensitivity of spectral damage according to different loading conditions, a linear elastic system is introduced to conduct a uniaxial vibration testing. Measured data, acceleration and strain, is analyzed using energy isocline function and then, the calculated fatigue damage is compared by different loading cases, random and harmonic.
Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
The elastic constants, C', of $Th_{3}P_4$-type structure compounds, $La_{3}S_4\;and\;Ce_{3}S_4$, have been analyzed on the basis of band Jahn-Teller mechanism. The distinct difference between two compounds lies in the fact that $Ce^{3+}$ ion has a f electron which produces magnetism. It is shown that the band Jahn-Teller effect is sensitively influenced by the energy splitting of f electronic bands by a cubic crystal field in $Ce_{3}S_4$, and f electrons suppress the elastic softening effect. The energy splitting value obtained from the calculation of elastic constants is found to agree well with the experimental value obtained from the magnetic susceptibility measurement.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.19-27
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1993
Recent work in the mechanics of fracture points out the desirability of a knowledge of the elastic energy release rate, the crack extension force, and the character of the stress field surrounding a crack tip in analyzing the strength of cracked bodies. The objective of this work is to provide a discussion of the energy rates, stress fields and the like of various cases for anisotropic elastic bodies which might be of interest. Reinforced concrete, wood, laminates, and some special types of elastic bodies with controlled grain orientation are often orthotropic. In this paper, determination of the stress intensity factors(SIFs) of orthotropic plane elastic body using crack tip singular element and fine mesh in near the crack tip is performed. A numerical method in this paper was used by displacement correlation method. A numerical example problem of an orthotropic cantilevered single edge cracked elastic body subjected to shear loading was analyzed, and the results of this paper are in good agreement with those of the others.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.1
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pp.545-550
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2023
A pretensioner is a safety device that protects occupants by pulling the seat belt in the event of a vehicle collision. However, since the pretensioner is driven by a explosive method, it is necessary to replace not only the gas generator but also all connecting parts including the manifold after an accident. Therefore, in this paper, we propose an elastic force-based pretensioner that can be used safely and semi-permanently. After analyzing the operating mechanism of the existing pretensioner from a thermodynamic/dynamic point of view, the spring stiffness that can be deployed within an appropriate operating time was determined by converting the gas explosion energy into elastic energy. In addition, the coil spring shape that satisfies the elastic stiffness was designed in consideration of the vehicle interior installation standard. Finally, the operating performance of the pretensioner driven by elastic force was verified through fabrication.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.540-544
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1998
Compliance calibration method is frequently used to determine $G_IC$ from the DCB composite specimen. However, the method requires at least 4 to 5 fracture test (loading-unloading) records. In this study, $G_IC$ of unidirectional graphite/epoxy DCB composites was determined from the elastic work factor approach which uses a single fracture test record. In order to inspect the validity of the elastic work factor approach, $G_IC$ determined from the elastic work factor approach was compared to that of determined from the compliance calibration method. It was shown that $G_IC$ determined from the elastic work factor approach was comparable to that determined from the compliance calibration method. That is, the elastic work factor approach can be used to determine $G_IC$ of unidirectional graphite/epoxy DCB specimen from a single fracture record.
Park, Weon-Tae;Han, Sung-Cheon;Jung, Woo-Young;Lee, Won-Hong
Steel and Composite Structures
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v.22
no.6
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pp.1239-1259
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2016
The modified couple stress-based third-order shear deformation theory is presented for sigmoid functionally graded materials (S-FGM) plates. The advantage of the modified couple stress theory is the involvement of only one material length scale parameter which causes to create symmetric couple stress tensor and to use it more easily. Analytical solution for dynamic instability analysis of S-FGM plates on elastic medium is investigated. The present models contain two-constituent material variation through the plate thickness. The equations of motion are derived from Hamilton's energy principle. The governing equations are then written in the form of Mathieu-Hill equations and then Bolotin's method is employed to determine the instability regions. The boundaries of the instability regions are represented in the dynamic load and excitation frequency plane. It is assumed that the elastic medium is modeled as Pasternak elastic medium. The effects of static and dynamic load, power law index, material length scale parameter, side-to-thickness ratio, and elastic medium parameter have been discussed. The width of the instability region for an S-FGM plate decreases with the decrease of material length scale parameter. The study is relevant to the dynamic simulation of micro structures embedded in elastic medium subjected to intense compression and tension.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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