Korean Journal of Rheology, Vol.3, No.2, 156-165, October, 1991
압전성 고분자 물질의 진동 특성 응용 -폴리비닐리덴플루오라이드 바이모드 외팔보의 진동 이론-
Application of Vibration Characteristics of Piezoelectric Polymeric Materials -The Vibration Theory of Poly(Vinylidene Fluoride) Bimorph Cantilever Beam-
초록
폴리비닐리덴플루오라이드 바이모프 외팔보(poly(vinylidene fluoride) bimorph cantilever beam)의 진동을 기술하는 수학적 모형을 세우고 실험으로 그 모형의 타당성을 고찰하였다. 여러 전압의 교류전류에 대해 여러 길이의 외팔보의 주파수응답을 측정하였고 여러 전압의 직류전류에 대해 여러 길이의 외팔보의 처짐을 측정하였다. 실험으로부터 이 외팔보의 진동은 점성감쇠보다는 구조감쇠로 기술하는 것이 더 타당하고 외팔보가 전기장에 의한 균일한 굽힘 moment에 의해 강제진동된다는 가정이 옳음을 알 수 있었다. 이론상으로는 모든 normal mode에 대해 damping factor가 일정해야 하나 각각의 normal mode에 대해 다른 damping factor로 수정하여 계산한 이론치가 실험과 더 일치하였다. 공명주파수와 공명진폭을 예측할 수 있고 넓은 입력주파수 영역에 대한 외팔보의 응답을 기술할 수 있으며 진동하는 외팔보는 모든 위치에서의 진폭을 기술할 수 있다는 점에서 여기서의 모형은 Toda와 Smits의 모형들보다도 우수하다고 볼 수 있다.
The mathematical model for describing vibration of poly(vinylidene fluoride) bimorph cantilever beam was constructed and compared with experiment. The frequency responses of amplitude of the cantilever beams of various lengths for alternative currents of various voltages and deflections of those for direct currents of various voltages were measured. From the experiment, the assumptions that forced vibration would be due to the uniform bending moment exerted by electric field and that the cantilever system would be structurally damped are known to be reasonable. Though damping factor is constant for all normal modes in the theory, experimental results was different. However by modifying damping factors for first three normal modes the theoretical results were considerably in accordance with experimentals. The model was superior to earlier models constructured by Toda and Smits in predicting resonance frequencies and amplitudes and describing amplitudes of all positions of vibrating cantilever beam in wide input frequency range.
Keywords:poly(vinylidene fluoride);bimorph;cantilever;vibration;structural damping;resonance frequency
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