This study aims at performing sensitivity analysis of piezoelectric smart structure for minimizing radiated noise from the structure, The structure consists of a flat plate on which disk shaped piezoelectric actuator is mounted, and finite element modeling is used for the structure. The finite element modeling uses a combination of three dimensional piezoelectric, flat shell and transition elements so thus it can take into account the coupling effects of the piezoelectric device precisely and it can also reduce the degrees of freedom of the finite element model. Electric potential on the piezoelectric actuator is taken as a design variable and total radiated power of the structure is chosen as an objective function. The objective function can be represented as Rayleigh's integral equation and is a function of normal displacements of the structure. For the convenience of computation, all degrees of freedom of the finite element equation is condensed out except the normal displacements of the structure. To perform the design sensitivity analysis, the derivative of the objective function with respect to the normal displacements is found, and the derivative of the norma displacements with respect to the design variable is calculated from the finite element equation by using so called the adjoint variable method. The analysis results are compared with those of the finite difference method, and shows a good agreement. This sensitivity analysis is faster and more accurate than the finite difference method. Once the sensitivity analysis program is used for gradient-based optimizations, one could achieve a better convergence rate than non-derivative methods for optimal design of piezoelectric smart structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.7
s.250
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pp.750-756
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2006
This study predicts the modified eigenvectors and eigenvalues of the non-proportional damped structure due to the change in the mass, damping and stiffness of structure by iterative method of the sensitivity coefficient using the original dynamic characteristic. The method is applied to the non-proportional damped 3 degree of freedom system by modifying the mass, damping and stiffness. The predicted dynamic characteristics are showed a good agreement with these from the structural reanalysis using the modified mass, damping and stiffness.
High-sensitivity signal-to-noise ratio (SNR) microphones are essentially required for a broad range of automatic speech recognition applications. Piezoelectric microphones have several advantages compared to conventional capacitor microphones including high stiffness and high SNR. In this study, we designed a new piezoelectric membrane structure by using the finite elements method (FEM) and an optimization technique to improve the sensitivity of the transducer, which has a high-quality AlN piezoelectric thin film. The simulation demonstrated that the sensitivity critically depends on the inner radius of the top electrode, the outer radius of the membrane, and the thickness of the piezoelectric film in the microphone. The optimized piezoelectric transducer structure showed a much higher sensitivity than that of the conventional piezoelectric transducer structure. This study provides a visible path to realize micro-scale high-sensitivity piezoelectric microphones that have a simple manufacturing process, wide range of frequency and low DC bias voltage.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2000.10b
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pp.51-58
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2000
The purpose of this study is the optimum modification of dynamic characteristics of stiffened plate structure. In the method of the optimization ,finite element method (FEM), sensitivity analysis and optimum structural modification method are used. To begin with, using FEM, the dynamic characteristics of stiffened plate structure is analyzed. Next, rate of change of dynamic characteristic by the change of design variable is calculated using the sensitivity analysis. Then, amount of change of design variable is calculated using this sensitivity value and optimum structural modification method. The change of natural frequency is made to be an objective function. Thickness of plate and cross section moment become a design variable. It is shown that the results are effective in the optimum modification for dynamic characteristics of the stiffened plate structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.2
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pp.162-172
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1998
A numerical study of premixed combustion within a porous ceramic burner (PCB) is performed to understand flame behavior with respect to various model parameters. Basic flame structure within the porous ceramic burner and species profiles such as NO and CO are examined. Sensitivity analysis of flame speed, gas and solid temperature, NO and CO emission from the burner with respect to reaction steps and various physical properties of the ceramic material is applied to find the most significant parameters in selection of porous materials for the porous ceramic burner. Effects of thermal conductivity, extinction coefficient and scattering albedo on the burner characteristics are studied through the sensitivity analysis. The results of sensitivity study reveal the order of importance in ceramic material properties to get suitable burner performance. Scattering albedo, which governs the ratio of absorbed energy by the ceramic material to total radiative energy transferred, is one of the most important parameters in the material properties since it affects the actual absorbed radiation rate and thus it largely affects the flame structure. Through the study, it is found that the sensitivity study can be used to estimate the flame behavior within the porous ceramic burner more effectively.
Sensitivity analysis is used to determine the effect of a change in a design parameter on the total system, and the calculated sensitivity is an important indicator of the improvement of a structure. In this study, we investigated the method of deriving and analyzing the sensitivity of design parameters by using finite element analysis and the method of improving a structure by using sensitivity analysis results. Design parameters for weight reduction design were selected using actual semiconductor inspection equipment that requires structural improvement, and the sensitivity to design parameters was calculated by using and finite difference method. We propose an improvement method that can reduce the weight while maintaining the transient response required by the equipment. By using the results of the sensitivity analysis through finite element analysis and finite difference method, we can create a structurally improved design that satisfies the desired stress or displacement by improving the design of the structure. Therefore, sensitivity analysis is applicable to various fields as well as semiconductor inspection equipment.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2002.04a
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pp.682-686
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2002
This study predicts the sensitivity coefficient by the change of dynamic Characteristics of the Structure. The method is applied to examples of a cantilever and 3 degree of freedom lumped mass model by modifying the mass and stiffness. The predicted the sensitivity coefficient are in good agreement with these from the structural reanalysis using the modified mass and stiffness.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.110-118
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2008
This thesis introduces a study conducted by ANSYS, Finite Element Analysis program, on dynamic behavior by thickness of a chord and a brace of a jacket typed marine structure. As load condition to work on offshore structures is getting much more various, it becomes more important to design the structures and operate them. In addition, stability is also required. As the result of this study, it was proved that wind and wave load gives more affection on frequency than on added mass in the Modal Analysis. Also, the chord and brace affect stiffness more than diagonal brace according to sensitivity analysis.
Trouble by excessive axial stress in CWR layed on a bridge is frequently happen, and this problem is induced from lack of considering on the track/structure interface on preliminary design stage. In this study, the sensitivity evaluation for the major influencing parameters, that is, expansion length of span, stiffness of super structure, arrangement of bearing, and strength of sub-structure, to the axial force in CWR on a bridge is conducted. From the sensitivity study, the guideline to reduce axial force efficiently in CWR for bridge engineer was suggested. The suggested guideline may not applicable for every case, but it is helpful for preliminary design of bridge.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.19
no.3
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pp.42-49
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1995
In this study, the optimum structural modification of the L-type structure by shape changes is suggested. The vibration characteristics of L-type structure are analyzed by the sub-structure synthesis method, and the coordinte sensitivities of each sub-structure are calculated and the change quantities of the positions to be modified are suggested by using the coordinate sensitivities. The results obtained are as follows : 1. The sensitivities of the natural frequency could be calculated by the sensitivity analysis. 2. The change quantities of the position to be modified could be suggested by the optimum structural modification method. 3. The developed program could reduce the process and time of computation, since the sensitivity was directly calculated by differential method, not finite difference method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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