압전 세라믹의 재료 비선형성을 고려한 LIPCA 작동기의 성능 해석

Abstract

본 논문에서는 압전재의 재료 비선형성을 고려한 경량 압전 복합재 작동기(LIPCA)의 성능 해석을 수행하였다. 성능 해석을 위해 9절점 쉘 요소 정식화에 바탕을 둔 압전 쉘 요소를 이용하였다. LIPCA의 작동 변위를 보다 정확히 예측하기 위하여, 실험을 통해 얻은 압전 변형률 함수와 증분 정식화를 추가하여 기존 선형 유한요소 프로그램을 수정하였다. 이렇게 개발된 재료 비선형 압전 옐 프로그램을 이용하여 LIPCA의 작동변위를 재 계산하였고, 재료 비선형 해석으로 얻은 작동 변위가 선형 해석으로 계산된 작동 변위 보다 측정 변위에 훨씬 근접함을 확인하였다. This paper deals with the performance analysis of LIPCA(Light-weight Piezo-Composite actuator) including the material nun-linearity of the embedded 3203HD PZT wafer. For this analysis, we used a piezo-shell element code based on a nine-node assumed strain shell element formulation. The material non-linearity was implemented in the formulation due to a large observed discrepancy between the measured displacement and the computed actuation displacement based on the linear analysis. An experimentally extracted piezo-strain function of the PZT wafer and incremental formulation were incorporated into the linear finite element code to improve the accuracy of the estimated actuation displacement of the LIPCA. The non-linear piezo-shell program was used to predict the non-linear performance of the LIPCA. The simulated actuation displacement from the non-linear code showed much better agreement with the measured data.