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압전 재료는 발견된 이후로 여러 곳에 이용되어 왔고 그 중에서도 압전 세 라믹은 기전변환효율이 뛰어나서 가장 널리 쓰인다. 이 압전 세라믹은 변환 효율이 좋은 장점 대신 온도 변화에 비교적 민감해서 큰 출력을 내는 압전 초 음파 발생기에서는 이 온도변화에 대한 영향이 나타날 수 있다. 그러나 전통 적으로 이 온도에 따라 변화하는 압전 세라믹의 성질은 이론적으로 다루어지 지 않았다. 이 온도의 영향은 주로 설계를 완료한 후에 제작과정에서 실험적 으로 보상하여 왔다. 그러나 이를 모델하여 설계과정에서부터 고려한다면 조 금 더 향상된 기기를 설계할 수 있을 뿐아니라 효율적인 운영조건도 설정할 수 있다. 이 논문에서는 기존의 온도 영향을 포함하고 있지 않은 압전재료에 대한 모 델에 보고된 실험 결과에 근거하여 온도의 영향을 포함시켰다. 이 재료성질 에 대한 모델을 이용하여 연속체역학에 근거한 일반적인 압전소자에 적용할 수 있는 지배 ...

압전 재료는 발견된 이후로 여러 곳에 이용되어 왔고 그 중에서도 압전 세 라믹은 기전변환효율이 뛰어나서 가장 널리 쓰인다. 이 압전 세라믹은 변환 효율이 좋은 장점 대신 온도 변화에 비교적 민감해서 큰 출력을 내는 압전 초 음파 발생기에서는 이 온도변화에 대한 영향이 나타날 수 있다. 그러나 전통 적으로 이 온도에 따라 변화하는 압전 세라믹의 성질은 이론적으로 다루어지 지 않았다. 이 온도의 영향은 주로 설계를 완료한 후에 제작과정에서 실험적 으로 보상하여 왔다. 그러나 이를 모델하여 설계과정에서부터 고려한다면 조 금 더 향상된 기기를 설계할 수 있을 뿐아니라 효율적인 운영조건도 설정할 수 있다. 이 논문에서는 기존의 온도 영향을 포함하고 있지 않은 압전재료에 대한 모 델에 보고된 실험 결과에 근거하여 온도의 영향을 포함시켰다. 이 재료성질 에 대한 모델을 이용하여 연속체역학에 근거한 일반적인 압전소자에 적용할 수 있는 지배 편미분방정식을 유도하고 이로부터 간단하나 초음파 발생기 등 에 널리 쓰이는 압전 두께방향 진동소자(piezoelectric thickness vibrator) 에 대한 열적인 영향을 포함한 연속체 모델을 전개하였다. 그러나 널리 알려진 대로 편미분 방정식은 비록 상당히 정확하게 물리현상 을 표현한다하더라도 아직까지 알려진 일반적인 해법이 거의 없다. 공학적 적용이나 모델링에서는 해의 존재가 무척 중요하므로 이 논문에서는 접합구성 도(Bond graphs)라는 설계에 매우 유용한 모델링 방법을 이용하여 실제 설계 에서 이용될 수 있는 간단한 모델을 개발하고 예제에 대하여 실제 압전요소의 거동과 비교하여 이 접근방법의 타당성을 증명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The thermal variable is successfully included in a model for the piezo-electric thickness vibrator by use of the bond graph approach. In the process of developing the model, a proper thermodynamic material property model of piezoelectric ceramics is developed from the data in the publications, and t...

The thermal variable is successfully included in a model for the piezo-electric thickness vibrator by use of the bond graph approach. In the process of developing the model, a proper thermodynamic material property model of piezoelectric ceramics is developed from the data in the publications, and the effects of the thermo-electro-mechanical coupling are evaluated. Then the partial differential equations for the piezoelectric body including thermal effects are derived. From those partial differential equations, the thermodynamic thickness vibrator is newly defined. After a bond graph model for the one-dimensional thermal conduction is developed for the thickness vibrator including thermal effects, the final complete model is correctly developed. Finally the results of the developed model are compared with the results from experiments.