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.
Recent development of a smart structures module and its successful integration with a multidisciplinary design optimization software $ASTROS^*$ and an Aeroservoelasticity module is presented. A modeled F-16 wing using piezoelectric actuators is used as an example to demonstrate the integrated software capability to design a flutter suppression system. For an active control design, neural network based controller is used for this study. A smart structures module is developed by modifying the existing thermal loads module in $ASTROS^*$ in order to include the effects of the induced strain due to piezoelectric actuation. The control surface/piezoelectric equivalence model principle is developed, which ensures the interchangeability between the control surface force input and the piezoelectric force input to the Aeroservoelasticity modules in $ASTROS^*$. The results show that the developed controller can increase the flutter speed.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.6
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pp.488-495
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2009
This paper proposes a new AC/DC RPPB(Resonant Piezo-Powered Boost) converter for energy harvesting using a piezoelectric device which converts mechanical vibration energy to electrical energy. The AC/DC RPPB converter can operate with only the harvested energy without an additional power conversion circuit for switching circuit and transfer energy to a load of which the voltage is higher than piezoelectric voltage. With the review of published topologies of the converter for energy harvesting, the operation principle of the AC/DC RPPB converter, and the results of PSPICE simulation and experiment are presented to prove the feasibility of the new converter for the energy harvesting.
Park, Choong-Hyo;Kim, Jong-Wook;Chong, Hyon-Ho;Jeong, Seong-Su;Kim, Myung-Ho;Park, Tae-Gone
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.318-318
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2010
In this paper, we studied generating characteristic of cymbal type piezoelectric transducer according to change of cymbal cap. The transducer is composed of circular piezoelectric ceramic and two elastic bodies which are shaped as cymbal. Two elastic bodies are attached to upper and bottom of the ceramic. Principle of the transducer is to generate expanded displacement because vertical stress is transformed into horizontal stress by slope angle of elastic bodies. The transducer also has advantage of high durability by the angle of elastic bodies. In this study, each parameter was chosen, and then generating characteristics were analyzed by FEM program. The parameters were slope angle of cymbal cap (theta), cap height (h) and cap inner diameter(d). The model that had generating characteristic Of high voltage was chosen by results of the analysis. Besides, maximum vertical displacements according to change of vertical stress were analyzed by structural analysis in order to find out relation between the maximum vertical stress which can prevent from ceramic damage and conditions of each cap.
Kim, Hyun-Hoo;Oh, Jin-Heon;Yoon, Jae-Hun;Jeong, Eui-Hwan;Lim, Kee-Joe
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.11
no.2
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pp.65-68
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2010
The operation principle of a traveling wave rotary type ultrasonic motor can be successfully applied to the fluidic transfer mechanism of the micro-pump. This paper proposes an innovative valveless micro-pump type that uses an extensional vibration mode of a traveling wave as a volume transportation means. The proposed pump consists of coaxial cylindrical shells that join the piezoelectric ceramic ring and metal body, respectively. In order to confirm the actuation mechanism of the proposed pump model, a numerical simulation analysis was implemented. In accordance with the variations in the exciting wave mode and pump body dimension, we analyzed the vibration displacement characteristics of the proposed model, determined the optimal design condition, fabricated the prototype pump from the analysis results and evaluated its performance. The maximum flow rate was approximately $595\;{\mu}L/min$ and the highest back pressure was 0.88 kPa at an input voltage of $130\;V_{rms}$. We confirmed that the peristaltic motion of the piezoelectric actuator was effectively applied to the fluid transfer mechanism of the valveless type micro pump throughout this research.
Mohammadimehr, Mehdi;Rostami, Rasoul;Arefi, Mohammad
Steel and Composite Structures
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v.20
no.3
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pp.513-543
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2016
Third order shear deformation theory is used to evaluate electro-elastic solution of a sandwich plate with considering functionally graded (FG) core and composite face sheets made of piezoelectric layers. The plate is resting on the Pasternak foundation and subjected to normal pressure. Short circuited condition is applied on the top and bottom of piezoelectric layers. The governing differential equations of the system can be derived using Hamilton's principle and Maxwell's equation. The Navier's type solution for a sandwich rectangular thick plate with all edges simply supported is used. The numerical results are presented in terms of varying the parameters of the problem such as two elastic foundation parameters, thickness ratio ($h_p/2h$), and power law index on the dimensionless deflection, critical buckling load, electric potential function, and the natural frequency of sandwich rectangular thick plate. The results show that the dimensionless natural frequency and critical buckling load diminish with an increase in the power law index, and vice versa for dimensionless deflection and electrical potential function, because of the sandwich thick plate with considering FG core becomes more flexible; while these results are reverse for thickness ratio.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.9
no.5
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pp.181-185
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2008
Using the extensional vibration mode of PZT ring, a piezopump is successfully made. The PZT ring is polarized with thickness direction. The traveling extensional wave along the circumference of the ring is obtained by dividing two standing waves which are temporally and spatially phase shifted by 90 degrees from each other. The proposed piezopump is consisted of coaxial cylindrical shells that are bonded piezoelectric ceramic ring. The pump takes an unobtrusive operation into the simple displacing mechanism using peristaltic traveling waves without the physical moving parts. The finite elements analysis on the proposed pump model is carried out to verify its operation principle and design by the commercial FEM software. Components of piezopump were made, assembled, and tested to validate the concepts of the proposed pump and confirm the simulation results. The performance of the proposed piezopump is about 580 ${\mu}l/min$ in flow rate with the highest pressure level of 0.85 kPa, when the driving voltage is 150 $V_p$, 57 kHz.
This paper investigates the buckling behavior of shear deformable piezoelectric (FGP) nanoscale beams made of functionally graded (FG) materials embedded in Winkler-Pasternak elastic medium and subjected to an electro-magnetic field. Magneto-electro-elastic (MEE) properties of piezoelectric nanobeam are supposed to be graded continuously in the thickness direction based on power-law model. To consider the small size effects, Eringen's nonlocal elasticity theory is adopted. Employing Hamilton's principle, the nonlocal governing equations of the embedded piezoelectric nanobeams are obtained. A Navier-type analytical solution is applied to anticipate the accurate buckling response of the FGP nanobeams subjected to electro-magnetic fields. To demonstrate the influences of various parameters such as, magnetic potential, external electric voltage, power-law index, nonlocal parameter, elastic foundation and slenderness ratio on the critical buckling loads of the size-dependent MEE-FG nanobeams, several numerical results are provided. Due to the shortage of same results in the literature, it is expected that the results of the present study will be instrumental for design of size-dependent MEE-FG nanobeams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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