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Behaviour of piozoelectric devices embedded in bone cement

Frias, C.; Marques, M.A.; Ribeiro, J.E.; Vaz, M.A.P.; Simões, J.; Marques, A.T.
Fonte: Instituto Politécnico de Bragança Publicador: Instituto Politécnico de Bragança
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
ENG
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47.63288%
Bone cements based on polymethacrylate (PMMA) are essential products in joint arthroplasty. PMMA bone cement function is to locate the implants components in the body skeleton, load transition through the joint into the bone and muscle surrounding for a very for a very long period of time. Its mechanical properties are well established in the literature. Since bone cement fills the void between the prosthesis (polymer or metallic) and bone, it is subjected to high stress and has to operate in a relatively aggressive environment, like human body. Therefore, based on surrounding environment PMMA bone cements application, this material has specific mechanical properties that enhance a good performance in this condition. These stresses are mainly measured indirectly with non-invasive methods. In-situ measurements would be more interesting to really understand and quantify these stresses. Piezoelectric devices are an interesting way to measure forces in difficult accessibility environment, since they are self-power, i. e., they are able to generate an electric signal by converting mechanical energy into electrics with no need for power supply. When embedded in bone cement one expects to be able to analyze the health structure in real-time. Positioning of the sensing device is a critical factor worthy of a thorough study in order to understand its behavior to surroundings.

Thermodynamic modeling of pyroelectric and piezoelectric properties of cellular polymers

MOKROSS, Bernhard Joachim; KOLLOSCHE, M.; RUSCHER, T.; KOFOD, G.; GERHARD, R.
Fonte: AMER PHYSICAL SOC Publicador: AMER PHYSICAL SOC
Tipo: Artigo de Revista Científica
ENG
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48.24047%
A thermodynamic approach is presented to model devices manufactured with cellular polymers. They are heterogeneous nonpolar space-charge electrets that exhibit much higher piezoelectricity than the well-known ferroelectric polymers. Their pyroelectric and piezoelectric properties are characterized by adequate coefficients which quantify the performance of devices manufactured with those materials. The method presented in this contribution to calculate those coefficients is exact and consistent avoiding ad hoc simplifications introduced in other approaches. The results obtained by this method allow drawing conclusions regarding device optimization.; Alexander von Humboldt Foundation (Germany); Conselho Nacional de Formacao de Pessoal de Nivel Superior (CAPES), Brazil; Federal Ministry of Education and Research of Germany[03X5511]

Dynamic Design of Piezoelectric Laminated Sensors and Actuators using Topology Optimization

Nakasone, Paulo Henrique; Silva, Emilio Carlos Nelli
Fonte: SAGE PUBLICATIONS LTD Publicador: SAGE PUBLICATIONS LTD
Tipo: Artigo de Revista Científica
ENG
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38.404597%
Sensors and actuators based on piezoelectric plates have shown increasing demand in the field of smart structures, including the development of actuators for cooling and fluid-pumping applications and transducers for novel energy-harvesting devices. This project involves the development of a topology optimization formulation for dynamic design of piezoelectric laminated plates aiming at piezoelectric sensors, actuators and energy-harvesting applications. It distributes piezoelectric material over a metallic plate in order to achieve a desired dynamic behavior with specified resonance frequencies, modes, and enhanced electromechanical coupling factor (EMCC). The finite element employs a piezoelectric plate based on the MITC formulation, which is reliable, efficient and avoids the shear locking problem. The topology optimization formulation is based on the PEMAP-P model combined with the RAMP model, where the design variables are the pseudo-densities that describe the amount of piezoelectric material at each finite element and its polarization sign. The design problem formulated aims at designing simultaneously an eigenshape, i.e., maximizing and minimizing vibration amplitudes at certain points of the structure in a given eigenmode...

A biomimetic piezoelectric pump: Computational and experimental characterization

LIMA, Cicero R. de; VATANABE, Sandro L.; CHOI, Andres; NAKASONE, Paulo Henrique; PIRES, Rogerio Felipe; SILVA, Emilio Carlos Nelli
Fonte: ELSEVIER SCIENCE SA Publicador: ELSEVIER SCIENCE SA
Tipo: Artigo de Revista Científica
ENG
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38.163633%
Flow pumps have been developed for classical applications in Engineering, and are important instruments in areas such as Biology and Medicine. Among applications for this kind of device we notice blood pump and chemical reagents dosage in Bioengineering. Furthermore, they have recently emerged as a viable thermal management solution for cooling applications in small-scale electronic devices. This work presents the performance study of a novel principle of a piezoelectric flow pump which is based oil the use of a bimorph piezoelectric actuator inserted in fluid (water). Piezoelectric actuators have some advantages over classical devices, such as lower noise generation and ease of miniaturization. The main objective is the characterization of this piezoelectric pump principle through computational simulations (using finite element software), and experimental tests through a manufactured prototype. Computational data, Such as flow rate and pressure curves, have also been compared with experimental results for validation purposes. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effect of parametric uncertainties on the performance of a piezoelectric energy harvesting device

Godoy, Tatiane C. de; Trindade, Marcelo A.
Fonte: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM Publicador: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM
Tipo: Artigo de Revista Científica
ENG
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38.404597%
The use of piezoelectric materials for the development of electromechanical devices for the harvesting or scavenging of ambient vibrations has been extensively studied over the last decade. The energy conversion from mechanical (vibratory) to electrical energy is provided by the electromechanical coupling between mechanical strains/stresses and electric charges/voltages in the piezoelectric material. The majority of the studies found in the open literature present a tip-mass cantilever piezoelectric device tuned on the operating frequency. Although recent results show that these devices can be quite effective for harvesting small amounts of electrical energy, little has been published on the robustness of these devices or on the effect of parametric uncertainties on the energy harvested. This work focuses on a cantilever plate with bonded piezoelectric patches and a tip-mass serving as an energy harvesting device. The rectifier and storage electric circuit was replaced by a resistive circuit (R). In addition, an alternative to improve the harvesting performance by adding an inductance in series to the harvesting circuit, thus leading to a resonant circuit (RL), is considered. A coupled finite element model leading to mechanical (displacements) and electrical (charges at electrodes) degrees of freedom is considered. An analysis of the effect of parametric uncertainties of the device on the electric output is performed. Piezoelectric and dielectric constants of the piezoelectric active layers and electric circuit equivalent inductance are considered as stochastic parameters. Mean and confidence intervals of the electric output are evaluated.

Projeto de transdutores baseados em placas piezelétricas através do método de otimização topológica.; Design of transducers based on piezoelectric plates by using the topology optimization method.

Nakasone, Paulo Henrique
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 10/01/2011 PT
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38.07283%
Sensores e atuadores baseados em placas piezelétricas têm apresentado uma crescente demanda no campo denominado Estruturas Inteligentes, incluindo o desenvolvimento de atuadores para aplicações de resfriamento e bombeamento de fluidos, transdutores para novos coletores de energia, e diversas outras aplicações que apresentem requisitos quasi -estáticos e dinâmicos. Esta tese propõe o desenvolvimento de uma formulação de Otimização Topológica (OT) para o projeto de transdutores piezelétricos através da distribuição de material sobre um substrato metálico com o intuito de obter um comportamento quasi -estático e dinâmico desejado com maximização de deslocamentos ou tensão elétrica de saída, especificação de frequências e modos de vibrar, e maximização do Coeficiente de Acoplamento Eletromecânico (CAEM). O Método de Otimização Topológica (MOT) é uma poderosa técnica de otimização estrutural que combina o Método de Elementos Finitos (MEF) com algoritmos de otimização e tem como objetivo a distribuição de material num domínio de projeto para satisfação de objetivos previamente especificados. A modelagem por elementos finitos emprega uma formulação de placa piezelétrica capaz de representar os efeitos piezelétricos direto e inverso. Ela baseia-se na formulação MITC (Mixed Interpolation of Tensorial Components)...

Projeto de atuadores de múltiplos graus de liberdade baseados em placas piezelétricas utilizando o método de otimização topológica.; Design of multiple degrees of freedom actuators based on piezoelectric plates using the topologic optimization method

Demarque, Vinícius Michelan
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 02/08/2012 PT
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38.031472%
Atuadores piezelétricos são dispositivos que permitem a conversão de energia elétrica em energia mecânica. Dentre os atuadores piezelétricos, destacam-se os bilaminares, que consistem em duas piezocerâmicas de polarização oposta (ou excitadas com cargas de sinal contrário) com um substrato entre elas. Os atuadores piezelétricos também podem ser miniaturizados, alcançando a escala de MEMS (Micro-Electric-Mechanical System). Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma metodologia utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT) para o projeto de atuadores piezelétricos com múltiplos graus de liberdade baseados no princípio bilaminar. A fase de projeto consiste na utilização do MOT para a determinação de uma configuração de atuadores que maximizem o deslocamento numa direção e sentido especificados para uma restrição na quantidade de material utilizado em cada camada, considerando a polarização da cerâmica piezelétrica presente nessa configuração e o acoplamento e simetria entre as camadas. Para a simulação do atuador é utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) através de um elemento de placa piezelétrica isoparamétrico de oito nós expandido. O MOT, neste trabalho, utiliza o modelo de material denominado PEMAP-P (Material Piezelétrico com Penalização e Polarização). A técnica de projeção é utilizada junto ao MOT para a obtenção de um resultado com uma geometria bem definida. O problema de otimização é resolvido através de Programação Matemática Sequencial (PMS) através do algoritmo GCMMA (Globally Convergent Method of Moving Asymptotes). Como exemplo é estudado o projeto de um atuador piezelétrico para microespelhos. Dentre as configurações obtidas pelo MOT...

Otimização e fabricação de dispositivos piezelétricos com gradação funcional de material.; Optimization and manufacturing of piezoelectric devices with functionally graded materials.

Amigo, Ricardo Cesare Román
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 18/01/2013 PT
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58.562285%
Cerâmicas piezelétricas possibilitam posicionamento e sensoriamento de precisão ou captação de energia mecânica valendo-se do efeito piezelétrico, capaz de converter energia mecânica em elétrica ou o contrário. Para aprimorar ou estender as aplicações dessas cerâmicas, mecanismos flexíveis podem ser acoplados a elas, formando um Dispositivo Piezelétrico Flextensional (DPF). No projeto desse tipo de estrutura, o conceito de Material com Gradação Funcional (MGF) é interessante, já que esses materiais apresentam variações graduais de suas propriedades efetivas, permitindo a alternância entre um material mais flexível e um mais rígido de acordo com a intensidade de deslocamento desejada em cada região da estrutura. Assim, neste trabalho, implementa-se o Método de Otimização Topológica (MOT) no projeto de estruturas gradadas com o intuito de identificar as vantagens e desvantagens da utilização do conceito de MGF em DPF. Esse método combina algoritmos de otimização e o Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para distribuir material dentro de um domínio fixo através de um modelo de material, que no presente caso é o de Material Isotrópico Sólido com Penalização (MISP) adaptado a MGF. Na fabricação desses dispositivos otimizados...

Coupling rate measurement of a novel multi-actuated piezoelectric device using optical interferometry

De Assis Andrade Barbosa, Francisco; Takiy, Aline Emy; Higuti, Ricardo Tokio; Carbonari, Ronny Calixto; Kitano, Cláudio; Silva, Emílio Carlos Nelli
Fonte: Universidade Estadual Paulista Publicador: Universidade Estadual Paulista
Tipo: Conferência ou Objeto de Conferência
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48.403774%
The class of piezoelectric actuators considered in this paper consists of a multi-flexible structure actuated by two or more piezoceramic devices that must generate different output displacements and forces at different specified points of the domain and in different directions. The devices were modeled by finite element using the software ANSYS and the topology optimization method. The following XY actuators were build to achieve maximum displacement in the X and Y directions with a minimum crosstalk between them. The actuator prototypes are composed of an aluminum structure, manufactured by using a wire Electrical Discharge Machining, which are bonded to rectangular PZT5A piezoceramic blocks by using epoxy resin. Multi-actuator piezoelectric device displacements can be measured by using optical interferometry, since it allows dynamic measurements in the kHz range, which is of the order of the first resonance frequency of these piezomechanisms. A Michelson-type interferometer, with a He-Ne laser source, is used to measure the displacement amplitudes in nanometric range. A new optical phase demodulation technique is applied, based on the properties of the triangular waveform drive voltage applied to the XY piezoelectric nanopositioner. This is a low-phase-modulation-depth-like technique that allows the rapid interferometer auto-calibration. The measurements were performed at 100 Hz frequency...

Attenuation of noise and vibration using piezoelectric patches and dissipative shunt circuits = : Atenuação de ruído e vibração utilizando pastilhas piezoelétricas e circuitos elétricos dissipativos; Atenuação de ruído e vibração utilizando pastilhas piezoelétricas e circuitos elétricos dissipativos

Téo Lenquist da Rocha
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 30/04/2014 PT
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47.972134%
Ruído em um veículo é geralmente causado pela vibração de vários componentes. Por exemplo, vibrações causadas pelo motor podem causar vibração de um painel levando a ruído no interior da cabine. O controle de tal ruído e vibração pode ser conseguido através da aplicação de uma manta visco-elástica ou de outro material de amortecimento adequado sobre o componente do automóvel; no entanto, materiais de amortecimento convencional geralmente têm uma alta densidade, que pode conduzir a um aumento significativo na massa total do sistema de isolamento acústico. Uma alternativa para redução de peso emprega pastilhas piezocerâmicas ligadas em série a um circuito Resistor - Indutor ( RL ), funcionando como um amortecedor de vibração sintonizado; daí o termo ressoador piezoelétrico é utilizado. No presente trabalho, a capacidade de amortecimento de ressonadores piezoelétricos é comparada a tratamentos convencionais de amortecimento em uma sequência de três experimentos. Investigações iniciais são realizadas em uma chapa de aço instalada entre câmaras reverberante e anecóica para permitir medições de transmissão do som através da placa. Uma abordagem integrada utilizando análise modal e técnicas de visualização de campo acústico é utilizada para identificar os modos mais relevantes para a propagação do ruído. Na sequência...

Synthesis of thin piezoelectric ALN films in view of sensors and telecom applications = : Síntese de filmes finos de AlN piezoelétrico para aplicações em sensores e dispositivos de alta frequência; Síntese de filmes finos de ALN piezoelétrico para aplicações em sensores e dispositivos de alta frequência

Milena de Albuquerque Moreira
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 24/09/2014 PT
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38.517527%
Os requisitos do mercado consumidor de dispositivos de alta frequência têm sido cada vez mais exigentes nas últimas décadas. Assim, é necessária uma melhoria contínua no desempenho dos dispositivos a fim de atender a estes requisitos. Numa visão macro, alterações no desenho dos dispositivos podem resultar em melhoria de desempenho. Em uma visão micro, as propriedades físicas dos materiais que compõem os dispositivos têm uma forte influência no desempenho final dos mesmos. No caso de dispositivos de alta frequência baseados em materiais piezoelétricos, uma forma natural de melhorar o seu desempenho é através da melhoria das propriedades da camada piezoelétrica. O material piezoelétrico estudado neste trabalho é o Nitreto de Alumínio (AlN), o qual destaca-se entre outros materiais piezoelétricos devido à sua combinação única de propriedades. Esta tese apresenta o resultado de estudos experimentais na síntese de filmes finos de AlN tendo em vista aplicações em altas frequências, microeletrônica e sensores. O principal objetivo desta tese é a melhoria nas propriedades funcionais do AlN para melhor atender aos requisitos das aplicações em questão. Isto é obtido através do controle cuidadoso da estrutura...

Polymeric piezoelectric actuator substrate for osteoblast mechanical stimulation.

Frias, C; Reis, J; Capela e Silva, F; Potes, J; Simões, J; Marques, AT
Fonte: Polymeric piezoelectric actuator substrate for osteoblast mechanical stimulation. Publicador: Polymeric piezoelectric actuator substrate for osteoblast mechanical stimulation.
Tipo: Artigo de Revista Científica
ENG
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47.87983%
Bone mass distribution and structure are dependent on mechanical stress and adaptive response at cellular and tissue levels. Mechanical stimulation of bone induces new bone formation in vivo and increases the metabolic activity and gene expression of osteoblasts in culture. A wide variety of devices have been tested for mechanical stimulation of cells and tissues in vitro. The aim of this work was to experimentally validate the possibility to use piezoelectric materials as a mean of mechanical stimulation of bone cells, by converse piezoelectric effect. To estimate the magnitude and the distribution of strain, finite numerical models were applied and the results were complemented with the optical tests (Electronic Speckle Pattern Interferometric Process). In this work, osteoblasts were grown on the surface of a piezoelectric material, both in static and dynamic conditions at low frequencies, and total protein, cell viability and nitric oxide measurement comparisons are presented.

Multimodal vibration damping through piezoelectric patches and optimal resonant shunt circuits

Viana,Felipe Antonio C.; Steffen, Jr,Valder
Fonte: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM Publicador: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/09/2006 EN
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38.255938%
Piezoelectric elements connected to shunt circuits and bonded to a mechanical structure form a dissipation device that can be designed to add damping to the mechanical system. Due to the piezoelectric effect, part of the vibration energy is transformed into electrical energy that can be conveniently dissipated. Therefore, by using appropriate electrical circuits, it is possible to dissipate strain energy and, as a consequence, vibration is suppressed through the added passive damping. From the electrical point of view, the piezoelectric element behaves like a capacitor in series with a controlled voltage source and the shunt circuit, commonly formed by an RL network, is tuned to dissipate the electrical energy, more efficiently in a given frequency band. It is important to know that large inductances are frequently required, leading to the necessity of using synthetic inductors (obtained from operational amplifiers). From the mechanical point of view, the vibration energy can be attenuated in a single mode, or in multiple modes, according to the design of the damping device and the frequency band of interest. This work is devoted to the study of passive damping systems for single modes or multiple modes, based on piezoelectric patches and resonant shunt circuits. The present contribution discusses the modeling of piezoelectric patches coupled to shunt circuits...

Effect of parametric uncertainties on the performance of a piezoelectric energy harvesting device

Godoy,Tatiane C. de; Trindade,Marcelo A.
Fonte: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM Publicador: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/01/2012 EN
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38.404597%
The use of piezoelectric materials for the development of electromechanical devices for the harvesting or scavenging of ambient vibrations has been extensively studied over the last decade. The energy conversion from mechanical (vibratory) to electrical energy is provided by the electromechanical coupling between mechanical strains/stresses and electric charges/voltages in the piezoelectric material. The majority of the studies found in the open literature present a tip-mass cantilever piezoelectric device tuned on the operating frequency. Although recent results show that these devices can be quite effective for harvesting small amounts of electrical energy, little has been published on the robustness of these devices or on the effect of parametric uncertainties on the energy harvested. This work focuses on a cantilever plate with bonded piezoelectric patches and a tip-mass serving as an energy harvesting device. The rectifier and storage electric circuit was replaced by a resistive circuit (R). In addition, an alternative to improve the harvesting performance by adding an inductance in series to the harvesting circuit, thus leading to a resonant circuit (RL), is considered. A coupled finite element model leading to mechanical (displacements) and electrical (charges at electrodes) degrees of freedom is considered. An analysis of the effect of parametric uncertainties of the device on the electric output is performed. Piezoelectric and dielectric constants of the piezoelectric active layers and electric circuit equivalent inductance are considered as stochastic parameters. Mean and confidence intervals of the electric output are evaluated.

Active vibration control of a piezoelectric laminate plate using spatial control approach.

Lee, Yong Keat
Fonte: Universidade de Adelaide Publicador: Universidade de Adelaide
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 720170 bytes; 1740071 bytes; 1550803 bytes; 343484 bytes; application/pdf; application/pdf; application/pdf; application/pdf
Publicado em //2005 EN
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47.57654%
This thesis represents the work that has been done by the author during his Master of Engineering Science candidature in the area of vibration control of flexible structures at the School of Mechanical Engineering, The University of Adelaide, between March 2003 and June 2004. The aim of this research is to further extend the application of the Spatial Control Approach for two-dimensional flexible structures for attenuating global structural vibration with the possible implication of reduction in noise radiation. The research was concentrated on a simply supported thin flexible plate, using piezoelectric ceramic materials as actuators and sensors. In this work, active controllers were designed for the purpose of controlling only the first five vibration modes (0-500Hz) of the plate. A spatial controller was designed to minimize the total energy of the spatially distributed signal, which is reflected by the spatial H2 norm of the transfer function from the disturbance signal to the vibration output at every point over the plate. This approach ensures the vibration contributed by all the in bandwidth (0-500 Hz) vibration modes is minimized, and hence is capable of minimizing vibration throughout the entire plate. Within the control framework...

Performance of piezoelectric shunts for vibration reduction

THOMAS, Olivier; DUCARNE, Julien; DEÜ, Jean-François
Fonte: IOP Publicador: IOP
EN
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47.860347%
This work addresses passive reduction of structural vibration by means of shunted piezoelectric patches. The two classical resistive and resonant shunt solutions are considered. The main goal of this paper is to give closed-form solutions to systematically estimate the damping performances of the shunts, in the two cases of free and forced vibrations, whatever the elastic host structure is. Then it is carefully demonstrated that the performance of the shunt, in terms of vibration reduction, depends on only one free parameter: the so-called modal electromechanical coupling factor (MEMCF) of the mechanical vibration mode to which the shunts are tuned. Experiments are proposed and an excellent agreement with the model is obtained, thus validating it.

Efficient parametric amplification in micro-resonators with integrated piezoelectric actuation and sensing capabilities

THOMAS, Olivier; FABRICE, Mathieu; MANSFIELD, W.; HUANG, C.; TROILER MCKINSTRY, Susan; NICU, Liviu
Fonte: American Institute of Physics Publicador: American Institute of Physics
EN
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47.71652%
We report, in this work, on unprecedented levels of parametric amplification in microelectromechanical resonators, operated in air, with integrated piezoelectric actuation and sensing capabilities. The method relies on an analytical/numerical understanding of the influence of geometrical nonlinearities inherent to the bridge-like configuration of the resonators. We provide analytical formulae to predict the performances of the parametric amplifier below the nonlinearity threshold, in terms of gain and quality factor (Q) enhancement. The analysis explains how to overcome this nonlinearity threshold by controlling the drive signals. It predicts that in theory, any Q-factor enhancement can be achieved. Experimental validation demonstrates a Q-factor enhancement by up to a factor 14 in air.; The authors would like to thank Cedric Ayela and Isabelle Dufour from IMS Brodeaux for dynamic measurements with a Polytec MSA500 laser vibrometer as well as Bernard Legrand from IEMN Lille for fruitful discussions.The French National Agency for Research (Program ANR/ PNANO 2008 and Project NEMSPIEZO “ANR-08-NANO- 015”) is also gratefully acknowledged for financial support. Support for the Penn State Nanofabrication Laboratory was provided in part by the National Science Foundation Cooperative Agreement No. ECS-0335765

Localização de impactos em placa laminada em materiais compósitos instrumentada com rede de sensores piezoelétricos; Impact localization in composite laminated plates instrumented with a network of piezoelectric sensors

André Luiz de Aguiar Ribeiro
Fonte: Biblioteca Digital da Unicamp Publicador: Biblioteca Digital da Unicamp
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 17/12/2014 PT
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47.71652%
A utilização de materiais compósitos na indústria tem crescido cada vez mais e se firmou como uma tendência para os próximos anos. Seja nos ramos automotivo, náutico, aeroespacial ou de defesa, as aplicações são as mais diversas, tendo em comum o usufruto da excelente relação de resistência por peso oferecida por este tipo de material. Em certos ramos, entretanto, como o aeroespacial, a utilização de materiais compósitos requer atenção especial, por ser característico destes materiais a ocorrência de tipos de falha próprios como delaminações, rupturas de fibra e de matriz, descolamentos, perfuração parcial ou total, alguns dos quais não observáveis a olho nu. O presente trabalho se debruça sobre esta problemática, visando o desenvolvimento de um método de apoio a técnicas de monitoramento de integridade estrutural por meio da localização de impactos com uso de sensores piezelétricos, implantado em peças sobretudo da indústria aeroespacial, permita catalogar regiões que hajam sofrido impactos importantes e possam apresentar falhas. Para conduzir o presente trabalho, foi feita uma revisão bibliográfica de técnicas de localização de impactos ou falhas em placas presentes no estado da arte, com análise e proposta de um método que se preste a este mesmo propósito inclusive para placas anisotrópicas. Foi estudado e desenvolvido um método a base de funções de erro...

Self-tuned driving of piezoelectric actuators the case of ultrasonic motors

Pons Rovira, José Luis; Ochoa, P.; Villegas, Marina; Fernández Lozano, José Francisco; Rocon, E.; Moreno, Juan C.
Fonte: Elsevier Publicador: Elsevier
Tipo: Artículo Formato: 528027 bytes; application/pdf
ENG
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47.93161%
Anumber of piezoelectric devices with wide applicability in industrial and technological areas, i.e. ultrasonic motors and piezoelectric transformers, are based on piezoelectric resonators. Piezoelectric resonators are electromechanical structures for which the operation point is close to resonance. This operation point must be kept close to resonance regardless of external perturbations. This paper introduces the mechatronic design of control electronic circuits for piezoelectric resonators. The design approach has been experimentally validated on ultrasonic motors. The paper analyzes the specification of optimal driving signals, the digital electronic generation of such signals and the self-tuning characteristics of these electronic drivers based on feedback loops.; Peer reviewed

Preliminary finite element modeling of a piezoelectric actuated marine propulsion fin

Streett, Andrew
Fonte: Rochester Instituto de Tecnologia Publicador: Rochester Instituto de Tecnologia
Tipo: Tese de Doutorado Formato: 4649239 bytes; application/pdf
EN_US
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38.163633%
New technologies surrounding composite materials and autonomous underwater vehicle (AUV) design have led to numerous studies involving the marine propulsion for these AUVs. AUVs traditionally are classified as highly efficient, payload capable, and can be utilized as reconnaissance or surveillance vehicles. Undullatory and oscillatory propulsion devices have been conceived to replace the present propulsion technologies, of propellers, with highly maneuverable, efficient, and quiet propulsion systems. Undullatory and oscillatory propulsion has been around for centuries employed by aquatic life, but only recently have the mini-technologies been available to present such propulsion devices economically and with enough materials research as to mimic biologic life on the same scale. Piezoelectric properties coupled with a thin plate allow for actuation properties, similar to bimetallic metals. Applying two piezoelectrics to the fixed end of a cantilevered beam or plate, on opposite sides, and actuating them with an opposite phase shift in electrical voltage potential results in transverse motion of the beam from the orthogonal plane to the vertical axis of the piezoelectric device. Coupling this property to a particular fiber orientation...