In this paper, we established the generalized thermoelasticity phenomenon in an isotropic elastic medium considering the electromagnetic field, rotation and two-temperature. Three theories of generalized thermoelasticity have been applied: Lord-Shulman (one relaxation time), Green-Lindsay (two relaxation times), as well as the coupled theory. We discussed some particular cases in the context of the wave propagation phenomenon in thermoelasticity. From solving the fundamental equations, we arrived that there are three waves: P-, T- and SV-waves that we calculated their velocities. The boundary conditions for mechanical stress and Maxwell's stress and thermal insulated or isothermal have been applied to determine the amplitudes ratios (reflection coefficients) for P-, T - and SV waves. Some utilitarian aspects are obtained from the reflection coefficients, presented graphically, and the new conclusions have been presented. Comparisons are made for the results predicted by different theories (CT, LS, GL) in the absence and presence of the electro-magnetic field, rotation, as well as two-temperature on the reflection of generalized thermoelastic waves. The results obtained concluded that the external parameters as the angle of incidence, electromagnetic field, rotation as well as the theories parameters have strong effect on the phenomenon.
The optimization for dynamic response associated with a cylindrical shell which is made of laminated composites embedded in a piezoelectric layer which is subjected to temperature rises and is resting on an elastic foundation is investigated for the first time. The first shear order theory (FSDT) is utilized in order to obtain the strain relations of the shell. Then, using the energy method, the equations of motions as well as boundary condition of the problem are attained. The formulation of this study together with the solution procedure which is a numerical solution method, differential quadrature method (DQM) is validated using other researches. This paper presents a thorough study on the parameters which impacts the vibration frequency of the laminated shell. The results of this paper shows that any type of laminated composite shell can reduce the vibration frequency providing that the angle related to layer are higher than 85 degrees. Also, in order to reduce the effect of temperature rises, the laminated composites instead of orthotropic one can be used.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.393-397
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2001
A linear ultrasonic motor was designed by a combination of the first longitudinal and fourth bending mode, the motor consisted of a straight aluminum alloys bar bonded with a piezoelectric ceramics element as a driving element. That is, L$_1$-B$_4$ linear ultrasonic motor can be constructed using a multi-mode vibrator of longitudinal and bending modes. The simulation with variation of material characteristics of piezoceramic were performed as use of finite element analysis ANSYS 5.5, such as elastic compliance, piezoelectric constant, electro-mechanical coupling coefficient, poisson's ratio and density. The results of simulation, elastic compliance constant s$_{11}$ and piezoelectric constant d$_{31}$ had the most of influence on the elliptic-motion. This results consist with using transverse effect of material. The used motor were piezoceramics of 4 layers, and the dimensions were 65$\times$5$\times$3.5mm(LxWxt).).
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.339-340
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2006
In this paper, disk-type ultrasonic motor using radial and bending vibration modes is newly designed and fabricated to measure its characteristics. As the diameter of elastic body increases, the resonant frequency decreases and its resonant frequency is about 92kHz when the physical dimensions of piezoelectric ceramic and elastic body are 28mm of diameter and 2mm of thickness, and 32mm of diameter and 2mm of thickness, respectively. When the applied voltage is 20Vpp. its speed and torque are 200rpm and 1N, respectively.
In this paper the linear elastic coupling between a 2 degree of freedom shear-type frame system and a rigid block is analytically and experimentally investigated. As demonstrated by some of the authors in previous papers, it is possible to choose a coupling system able to guarantee advantages, whatever the mechanical characteristics of the frame. The main purpose of the investigation is to validate the analytical model. The nonlinear equations of motion of the coupled system are obtained by a Lagrangian approach and successively numerically integrated under harmonic and seismic excitation. The results, in terms of gain graphs, maps and spectra, represent the ratio between the maximum displacements or drifts of the coupled and uncoupled systems as a function of the system's parameters. Numerical investigations show the effectiveness of the nonlinear coupling for a large set of parameters. Thus experimental tests are carried out to verify the analytical results. An electro-dynamic long-stroke shaker sinusoidally and seismically forces a shear-type 2 d.o.f frame coupled with a rigid aluminium block. The experimental investigations confirm the effectiveness of the coupling as predicted by the analytical model.
The actuation performance of an EADE (Electro-active dielectric elastomer) is studied as functions of thinner content, thickness and types of the dielectric elastomer such as natural (NR), acrylonitrile-butadiene (NBR), and silicon (KE-12) rubbers. With a decrease in elastomer thickness ($1{\rightarrow}0.5{\rightarrow}0.25{\rightarrow}0.1{\rightarrow}0.05$ mm) and an increase in thinner content ($0{\rightarrow}30{\rightarrow}50$ phr), the actuating displacement of KE-12 elastomer is increased, however their breakdown occurs at low voltage. For the same thickness (1 mm), the displacement of KE-12 elastomer shows a higher value (2.24 mm) compared to that of NR or NBR at the same applied voltage of 25 kV. The KE-12 has the lowest elastic modulus and the NBR has the highest one among the tested elastomers. However, the displacement of NBR elastomer is higher compared to that of NR because of high dielectric constant. It is found that the important factors of EADE actuator are a thickness, modulus and dielectric constant of the elastomer.
Kim, Hyung-Tae;Kim, Cheol-Ho;Lee, Kang-Won;Lee, Gyu-Seop;Son, Sung-Wan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.12
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pp.1128-1138
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2010
One of the typical problems in the precise vibration is resonance characteristics at low frequency disturbance due to a heavy mass. An electro-magnetic(EM) air spring is a kind of vibration control unit and active isolator. The EM air spring in this study aims at removing the low frequency resonance for semiconductor manufacturing. The mechanical and electronic parts in the active isolator are designed to operate under a weight of 2.5 tons. The EM spring is floated using air pressure in a pneumatic elastic chamber and actuated by EM levitation force. The actuator consists of a EM coil and a permanent magnetic plate which are installed inside of the chamber. An air mount was constructed for the experiment with a stone surface plate, 4 active air springs, 4 gap sensors, a DSP controller, and a multi-channel power amp. A PD control method and operating logic was applied to the DSP. Simulation using 1/4 model was carried out and compared with the experiments. The time duration and maximum peak at resonance frequency can be reduced sharply by the proposed system. The results show that the active system can avoid the resonance caused by the natural frequency of the passive system.
Because of sandwich structures with low weight and high stiffness have much usage in various industries such as civil and aerospace engineering, in this article, buckling and free vibration analyses of coupled micro composite sandwich plates are investigated based on sinusoidal shear deformation (SSDT) and most general strain gradient theories (MGSGT). It is assumed that the sandwich structure rested on an orthotropic elastic foundation and make of four composite face sheets with temperature-dependent material properties that they reinforced by carbon and boron nitride nanotubes and two flexible transversely orthotropic cores. Mathematical formulation is presented using Hamilton's principle and governing equations of motions are derived based on energy approach and applying variation method for simply supported edges under electro-magneto-thermo-mechanical, axial buckling and pre-stresses loadings. In order to predict the effects of various parameters such as material length scale parameter, length to width ratio, length to thickness ratio, thickness of face sheets to core thickness ratio, nanotubes volume fraction, pre-stress load and orthotropic elastic medium on the natural frequencies and critical buckling load of double-bonded micro composite sandwich plates. It is found that orthotropic elastic medium has a special role on the system stability and increasing Winkler and Pasternak constants lead to enhance the natural frequency and critical buckling load of micro plates, while decrease natural frequency and critical buckling load with increasing temperature changes. Also, it is showed that pre-stresses due to help the axial buckling load causes that delay the buckling phenomenon. Moreover, it is concluded that the sandwich structures with orthotropic cores have high stiffness, but because they are not economical, thus it is necessary the sandwich plates reinforce by carbon or boron nitride nanotubes specially, because these nanotubes have important thermal and mechanical properties in comparison of the other reinforcement.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.16
no.2
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pp.153-158
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2016
The elastic material constants, stiffness constants ($c_{11}$, $c_{12}$, and $c_{44}$), are three unique coefficients that establish the relation between stress and strain. Accurate knowledge of mechanical properties and the stiffness coefficients for silicon is required for design of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) devices for proper modeling of stress and strain in electronic packaging. In this work, the stiffness coefficients for silicon as a function of temperature from $-150^{\circ}C$ to $+25^{\circ}C$ have been extracted by using the experimental measurements of Poisson's ratio (${\nu}$) of silicon in several directions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.236-242
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2003
Thermal bubbles find their diverse application areas in the MEMS (MicroElectroMechanial Systems) technology, including bubble jet printers, microactuators, micropumps, etc.. Especially, microactuators and micropumps, which use a microbubble growing by a controlled heat input, frequently involve mechanical and thermal interaction of the bubble with a solid structure, such as a cantilever beam and a membrane. Although the concept is experimentally verified that an internal pressure of the bubble can build up high enough to deflect a thin solid plate or a beam, the physics of the entire process have not yet been thoroughly explored. This work reports the experimental study of the growth of a thermal bubble while deflecting a thin cantilever beam. A physical model is presented to predict the elastic response of the cantilever beam based on the experimental measurements. The scaling law constructed through this work can provide a design guide for micro- and nano-systems that employ a thermal bubble for their actuation/pumping mechanism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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