Isogeometric Analysis of Electrostatic Adhesive Forces in Two-Dimensional Curved Electrodes

Myung-Hoon Oh; Jae-Hyun Kim; Hyun-Seok Kim; Seonho Cho

doi:10.7734/COSEIK.2021.34.4.199

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2021 Vol.34, Issue 4 Preview Page Next Page

Research Paper

Isogeometric Analysis of Electrostatic Adhesive Forces in Two-Dimensional Curved Electrodes 2차원 곡면형 전극에서 정전기 흡착력의 아이소-지오메트릭 해석

31 August 2021. pp. 199-204

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Abstract

In this study, an isogoemetric analysis (IGA) method that uses NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) basis functions in computer-aided design (CAD) systems is employed to account for the geometric exactness of curved electrodes constituting an electro-adhesive pad in electrostatic problems. The IGA is advantageous for obtaining precise normal vectors when computing the electro-adhesive forces on curved surfaces. By performing parametric studies using numerical examples, we demonstrate the superior performance of the curved electrodes, which is attributed to the increase in the normal component of the electro-adhesive forces. In addition, concave curved electrodes exhibit better performance than their convex counterparts.

Keywords

NURBS basis

maxwell stress tensor

electrostatics

isogeometric analysis

electro-adhesive force

본 논문에서는 정전기 흡착패드를 구성하는 곡면형 전극의 기하학적 엄밀성을 고려하기 위해 정전기 문제에 대하여 CAD에서 사용하는 NURBS 기저함수를 직접 사용하는 아이소-지오메트릭 해석 기법을 도입하였다. 정전기 흡착력을 곡선 접촉면에서 구하는데 법선 벡터의 영향이 크므로 엄밀한 기하형상을 고려하는 아이소-지오메트릭 해석이 강점을 갖는다. 수치 예제를 통해 곡면과 평면에서 반복 구조의 유무에 따른 파라메터 연구를 수행하여 곡면형 전극의 흡착력이 좋은 성능을 가짐을 보였다. 정전기 흡착력의 성분을 분석하였을 때 정전기 흡착력의 차이는 법선 성분 전기장의 증가로 인한 것으로 파악되었다. 결론적으로 곡면형 전극에서도 전극 사이 거리가 가까워지는 아래로 볼록인 경우가 가장 성능이 좋고, 위로 볼록인 경우에는 성능이 가장 낮음을 보였다.

키워드

NURBS 기저함수

맥스웰 응력텐서

정전기학

아이소-지오메트릭 해석

정전기 흡착력

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Information

Publisher :Computational Structural Engineering Institute of Korea
Publisher(Ko) :한국전산구조공학회
Journal Title :Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
Journal Title(Ko) :한국전산구조공학회 논문집
Volume : 34
No :4
Pages :199-204
Received Date : 2021-05-28
Revised Date : 2021-06-07
Accepted Date : 2021-06-07
DOI :https://doi.org/10.7734/COSEIK.2021.34.4.199

Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea ISSN:1229-3059(Print) 2287-2302(Online) 한국전산구조공학회 논문집

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