Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.42
no.1
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pp.9-17
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2005
We studied the characteristics of impedance and electromechanical coupling coefficient in ZnO and AIN thin films by using resonance frequency spectrum method. The response peak of impedance decreased with the decrease of thickness of piezoelectrics, the number of mode of response peak decreased with the decrease of substrate thickness. An error of Kt² estimated from input Kt² increased as the thickness of piezoelectrics decreased and the thickness of substrate increased. Also, the error was increased in case of a large acoustic impedance of substrate. It was found that the composite resonator operating in optimized condition could be designed through the resonance frequency spectrum analysis of composited resonator consisted of piezoelectric thin film and substrate.
Park, Chan Ik;Lee, Gwan Ho;Kim, In Geol;Lee, Yeong Sin
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.2
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pp.51-56
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2003
The piezoelectric thin film(PVDF: polyvinylidene fluoride) sensors having good dynamic sensing charachteristics can be used to monitor low vwlocit impact on composite structures. The impact response function for composite sandwich beam was derved. The impact tests at low energy without inducing damage were performed on the instrumented drop weight impact tester. The measured signals of PVDF sensors attached on the surface of the beam agreed well with the simulated signals. And the inverse technique was applied to reconstruct the impact forces from the PVDF sensor signals. Most of reconstructed impact forces showed good agreement with the measured forces. The comparison results showed that the piezoelectric thin film sensor can be used to monitor the low velocity impact on composite sandwich structures.
Magnetoelectric (ME) composites were designed using the PMN-PZT single crystal and Ni foils; the properties and magnetic-field sensitivities of ME composites with different piezoelectric vibration modes (i.e., 31, 32, and 36 modes that depend on the crystal orientation of the single crystal) were compared. In the off-resonance condition, the ME coupling properties of the ME composites with the 32 and 36 piezoelectric vibration modes were better than those of the ME composites with the 31 piezoelectric vibration mode. However, in the resonance condition, the ME coupling properties of the ME composites were almost similar, irrespective of the piezoelectric vibration mode. Additionally, in the off-resonance condition (at 1 kHz), the magnetic-field sensitivity of the ME composites with the 36 piezoelectric vibration mode was up to 2 nT and those of the ME composites with the 31 and 32 piezoelectric vibration modes were up to 5 nT. These magnetic-field sensitivities are similar to those offered by conventional high-sensitivity magnetic-field sensors; the potential of the proposed sensor to replace costly and bulky high-sensitivity magnetic field sensors is significant.
Based on the theory of piezoelasticity, the static performance of a piezoelectric bilayer cantilever fully covered with electrodes on the upper and lower surfaces is studied. Three models are considered, i.e., the sensor model, the driving displacement model and the blocking force model. By establishing suitable boundary conditions and proposing an appropriate Airy stress function, the exact solutions for piezoelectric bilayer cantilevers are obtained, and the effect of ambient thermal excitation is taken into account. Since the layer thicknesses and material parameters are distinguished in different layers, this paper gives unified solutions for composite piezoelectric bilayer cantilevers including piezoelectric bimorph and piezoelectric heterogeneous bimorph, etc. For some special cases, the simplifications of the present results are compared with other solutions given by other researches based on one-dimensional constitutive equations, and some amendments have been found. The present investigation shows: (1) for a PZT-4 piezoelectric bimorph, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are about 19.59%, 23.72% and 7.21%, respectively; (2) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with constant layer thicknesses, the amendments of tip deflections induced by an end shear force, an end moment or an external voltage are 9.85%, 11.78% and 4.07%, respectively, and the amendments of the electrode charges induced by an end shear force or an end moment are both 1.04%; (3) for a PZT-4-Al piezoelectric heterogeneous bimorph with different layer thicknesses, the maximum amendment of tip deflection approaches 23.72%, and the maximum amendment of electrode charge approaches 31.09%. The present solutions can be used to optimize bilayer devices, and the Airy stress function can be used to study other piezoelectric cantilevers including multi-layered piezoelectric cantilevers under corresponding loads.
Gold functionalized graphene oxide (GOAu) nanoparticles were reinforced in acrylonitrile-butadiene rubbers (NBR) via solution and melt mixing methods. The synthesized NBR-GOAu nanocomposites have shown significant improvements in their rate of curing, mechanical strength, thermal stability and electrical properties. The homogeneous dispersion of GOAu nanoparticles in NBR has been considered responsible for the enhanced thermal conductivity, thermal stability, and mechanical properties of NBR nanocomposites. In addition, the NBR-GOAu nanocomposites were able to show a decreasing trend in their dielectric constant (${\varepsilon}^{\prime}$) and electrical resistance on straining within a range of 10-70%. The decreasing trend in ${\varepsilon}^{\prime}$ is attributed to the decrease in electrode and interfacial polarization on straining the nanocomposites. The decreasing trend in electrical resistance in the nanocomposites is likely due to the attachment of Au nanoparticles to the surface of GO sheets which act as electrical interconnects. The Au nanoparticles have been proposed to function as ball rollers in-between GO nanosheets to improve their sliding on each other and to improve contacts with neighboring GO nanosheets, especially on straining the nanocomposites. The NBR-GOAu nanocomposites have exhibited piezoelectric gauge factor (${GF_{\varepsilon}}^{\prime}$) of ~0.5, and piezo-resistive gauge factor ($GF_R$) of ~0.9 which clearly indicated that GOAu reinforced NBR nanocomposites are potentially useful in fabrication of structural, high temperature responsive, and stretchable strain-sensitive sensors.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.4
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pp.220-230
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2006
Fracture behavior of a monolithic PZT and a plate-type piezoelectric composite actuator (PCA) has been investigated under a bending load at three points by an acoustic emission (AE) monitoring. AE signal from a monolithic PZT at the maximum bending load shows the characteristics of high amplitude and long duration with a low frequency band of $100{\sim}230kHz$ which is confirmed by fast Fourier transform (FFT). For a PCA, it is concluded that AE signals with high amplitude over 80dB and low dominant frequency band of $170{\sim}223kHz$ emitted in the stage I are due to the brittle fracture in the PZT layer and the delamination between the PZT layer and the adjacent fiber composite layer. Based on the above analysis of AE behavior and damage observations with an optical microscopy and a scanning electron microscopy, AE characteristics related to fracture behavior of asymmetrically laminated PCA have been elucidated.
The complexity of macro-fiber composite (MFC) materials increasing the difficulty in simulation and analysis of MFC integrated structures. To give an accurate prediction of MFC bonded smart structures for the simulation of shape and vibration control, the paper develops a linear electro-mechanically coupled static and dynamic finite element (FE) models based on the first-order shear deformation (FOSD) hypothesis. Two different types of MFCs are modeled and analyzed, namely MFC-d31 and MFC-d33, in which the former one is dominated by the $d_{31}$ effect, while the latter one by the $d_{33}$ effect. The present model is first applied to an MFC-d33 bonded composite plate, and then is used to analyze both active shape and vibration control for MFC-d31/-d33 bonded plate with various piezoelectric fiber orientations.
Dwarakanathan, D.;Ramkumar, R.;Raja, S.;Rao, P. Siva Subba
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.2
no.3
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pp.303-328
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2015
A design methodology is presented to develop the hingeless control surfaces for MAV using adhesively bonded Macro Fiber Composite (MFC) actuators. These actuators have got the capability to deflect the trailing edge surfaces of the wing to attain the required maneuverability, besides achieving the set aerodynamic trim condition. A scheme involving design, analysis, fabrication and testing procedure has been adopted to realize the trailing edge morphing mechanism. The stiffness distribution of the composite MAV wing is tailored such that the induced deflection by piezoelectric actuation is approximately optimized. Through ground testing, the proposed concept has been demonstrated on a typical MAV structure. Electromechanical analysis is performed to evaluate the actuator performance and subsequently aeroelastic and 2D CFD analyses are carried out to see the functional requirements of wing trailing edge surfaces to behave as elevons. Efforts have been made to obtain the performance comparison of conventional control surfaces (elevons) with morphing wing trailing edge surfaces. A significant improvement in lift to drag ratio is noticed with morphed wing configuration in comparison to conventional wing. Further, it has been shown that the morphed wing trailing edge surfaces can be deployed as elevons for aerodynamic trim applications.
Na, Yong-hyeon;Lee, Min-seon;Cho, Jeong-ho;Paik, Jong-hoo;Lee, Jung Woo;Park, Youngjun;Jeong, Young Hun
Journal of Sensor Science and Technology
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v.28
no.2
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pp.106-112
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2019
Flexible impact force sensors composed of piezoelectric PZT/PDMS composite sandwiched between Al/PET films were fabricated and their voltage signal characteristics were evaluated under varying impact forces for electronic mitt applications. The piezoelectric impact force sensor on an ethylene-vinyl acetate (EVA) substrate exhibited an output voltage difference of no greater than 40 mV a periodical impact test in with the impact load was increased by as much as 240 N by a restoration time of 5 s in a five-time experiment, implying good sensing ability. Moreover, the impact force sensor embedded four electronic mitts showed a reliable sensitivity of less than 1 mV/N and good repeatability under 100 N-impact force during a cycle test executed 10,000 times. This indicated that the fabricated flexible piezoelectric impact sensor could be used in electronic mitt applications. However, the relatively low elastic limit of substrate material such as EVA or poly-urethane slightly deteriorated the sensitivity of the impact sensor embedded electronic mitt at over 200 N-impact forces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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