Alcover-Sanchez, R.;Soria, J.M.;Perez-Aracil, J.;Pereira, E.;Diez-Jimenez, E.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.3
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pp.499-512
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2022
This work proposes a novel contactless vibration damping and thermal isolation tripod platform based on Superconducting Magnetic Levitation (SML). This prototype is suitable for cryogenic environments, where classical passive, semi active and active vibration isolation techniques may present tribological problems due to the low temperatures and/or cannot guarantee an enough thermal isolation. The levitating platform consists of a Superconducting Magnetic Levitation (SML) with inherent passive static stabilization. In addition, the use of Operational Modal Analysis (OMA) technique is proposed to characterize the transmissibility function from the baseplate to the platform. The OMA is based on the Stochastic Subspace Identification (SSI) by using the Expectation Maximization (EM) algorithm. This paper contributes to the use of SSI-EM for SML applications by proposing a step-by-step experimental methodology to process the measured data, which are obtained with different unknown excitations: ambient excitation and impulse excitation. Thus, the performance of SSI-EM for SML applications can be improved, providing a good estimation of the natural frequency and damping ratio without any controlled excitation, which is the main obstacle to use an experimental modal analysis in cryogenic environments. The dynamic response of the 510 g levitating platform has been characterized by means of OMA in a cryogenic, 77 K, and high vacuum, 1E-5 mbar, environment. The measured vertical and radial stiffness are 9872.4 N/m and 21329 N/m, respectively, whilst the measured vertical and radial damping values are 0.5278 Nm/s and 0.8938 Nm/s. The first natural frequency in vertical direction has been identified to be 27.39 Hz, whilst a value of 40.26 Hz was identified for the radial direction. The determined damping values for both modes are 0.46% and 0.53%, respectively.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.3
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pp.63-76
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2004
This paper presents LRB-based hybrid base isolation systems employing additional active/semiactive control devices for mitigating earthquake-induced vibration of a cable-stayed 29 bridge. Hybrid base isolation systems could improve the control performance compared with the passive type-base isolation system such as LRB-installed bridge system due to multiple control devices are operating. In this paper, the additional response reduction by the two typical additional control devices, such as active type hydraulic actuators controlled by LQG algorithm and semiactive-type magnetorheological dampers controlled by clipped-optimal algorithm, have been evaluated bypreliminarily investigating the slightly modified version of the ASCE phase I benchmark cable-stayed bridge problem (i.e., the installation of LRBs to the nominal cable-stayed bridge model of the problem). It shows from the numerical simulation results that all the LRB based hybrid seismic isolation systems considered are quite effective to mitigate the structural responses. In addition, the numerical results demonstrate that the LRB based hybrid seismic isolation systems employing MR dampers have the robustness to some degree of the stiffness uncertainty of in the structure, whereas the hybrid system employing hydraulic actuators does not. Therefore, the feasibility of the hybrid base isolation systems employing semiactive additional control devices could be more appropriate in realfor full-scale civil infrastructure applications is clearly verified due to their efficacy and robustness.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.11
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pp.1102-1111
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2007
The theory for a fault-tolerant control of homopolar magnetic bearings is developed. New coil winding law is utilized such that control fluxes are isolated for an 8-pole homopolar magnetic bearing. Decoupling chokes are not required for the fault tolerant magnetic bearing since C-core fluxes are isolated. If some of the coils or power amplifiers suddenly fail, the remaining coil currents change via a distribution matrix such that the same magnetic forces are maintained before and after failure. Lagrange multiplier optimization with equality constraints is utilized to calculate the optimal distribution matrix that maximizes the load capacity of the failed bearing. Some numerical examples of distribution matrices are provided to illustrate the theory. Simulations show that very much the same dynamic responses (orbits or displacements) are maintained throughout failure events while currents and fluxes change significantly.
This paper presents the vibration control of an engine mount featuring an ER(electro-rheological) fluid. The Bingham properties of the ER fluid to be employed to the ER engine mount are experimentally obtained through Coeutte type viscometer. The ER engine mount is devised ant its governing equation is derived. After evaluating the performance of the ER engine mount on the basis of the mathematical model, the novel type of the ER engine mount is then designed and manufactured. The electric field-dependent transmissibility of the ER engine mount is evaluated by changing the particle concentration and the electrode gap size. To investigate the control performance of the ER engine mount, neuro-control algorithm is adopted. It is shown that the proposed ER engine mount has prominent capabilities of controlling the damping force by tuning the electric fields and excellent vibration isolation performance.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.61-70
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2005
Shaking table tests are carried out on a single-degree-of-freedom mass that is equipped with a hybrid base isolation system. The isolator consists of a set of four specially-designed friction pendulum systems (FPS) and a magnetorheological (MR) damper. The structure and its hybrid isolation system are subjected to various intensities of near- and far-fault earthquakes on a large shake table. The proposed fuzzy controller uses feedback from displacement or acceleration transducers attached to the structure to modulate resistance of the semi-active damper to motion. Results from several types of passive and semi-active control strategies are summarized and compared. The study shows that a combination of FPS isolators and an adjustable MR damper can effectively provide robust control of vibration for a large full-scale structure undergoing a wide variety of seismic loads.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.10
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pp.915-921
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2017
Recently, studies to reduce vibration and noise of automobiles have been actively conducted. However, previous studies did not concentrate on the optimization of the mount system with passive or active mounts. This study analytically studies an active mounting system with three active structural paths between source and receiver and the feasibility has been verified. Active mounting system has a coupled structure of piezoelectric stack actuators and passive mounts. A dynamic model of the whole system is prepared and the control force and phase of the stack actuators in each path are determined to target full isolation of each path. Its performance on vibration attenuation is investigated and based on it, optimized combinations of passive and active paths for the best attenuation are presented.
Precision motion stages used in the manufacturing process of flat-panel displays have inevitably low settling performance due to their huge mass and bulky structures. In order to improve the settling performance, several methods of frame vibration compensation have been developed so far. These methods are used to cancel the vibration by imposing a counter force or modifying the resonance mode of the frame of the stage. To compensate the frame vibration, high force actuators are required. In this paper, a mighty voice coil actuator is proposed to generate the counter force against the frame vibration. The proposed voice coil actuator has an axis-symmetric rectangular structure to achieve a large force with simple and low cost fabrication. Also, the voice coil actuator allows radial clearance up to ${\pm}4mm$. Using an optimized design process and a magnetic circuit model, the power consumption is minimized while the required force is obtained. With a power of 322 W, the VCA has been designed to have a maximum force of 574 N with a force constant of 164 N/A. Experimental results verified the force constant of the fabricated voice coil actuator is well matched with the designed value.
Friction pendulums typically suffer from poor uplift-restraining. To improve the uplift-restraining and enhance the energy dissipation capacity, this article proposed a composite isolation device based on electromagnetic forces. The device was constructed based on a remote control system to achieve semi-active control of the composite isolation device. This article introduces the theory and design of an electromagnetic chuck-friction pendulum system (ECFPS) and derives the theoretical equation for the ECFPS based on Maxwell's electromagnetic attraction equation to construct the proposed model. By conducting 1:3 scale tests on the electromagnetic device, the gaps between the practical, theoretical, and simulation results were analyzed, and the accuracy and effectiveness of the theoretical equation for the ECFPS were investigated. The hysteresis and uplift-restraining performance of ECFPS were analyzed by adjusting the displacement amplitude, vertical load, and input current of the simulation model. The data obtained from the scale test were consistent with the theoretical and simulated data. Notably, the hysteresis area of the ECFPS was 35.11% larger than that of a conventional friction pendulum. Lastly, a six-story planar frame structure was established through SAP2000 for a time history analysis. The isolation performances of ECFPS and FPS were compared. The results revealed that, under horizontal seismic action, the horizontal seismic response of the bottom layer of the ECFPS isolation structure is greater than that of the FPS, the horizontal vibration response of the top layer of the ECFPS isolation structure is smaller than that of the FPS, and the axial force at the bottom of the columns of the ECFPS isolation structure is smaller than that of the FPS isolation structure. Therefore, the reliable uplift-restraining performance is facilitated by the electromagnetic force generated by the device.
Dan, Maki;Ishizawa, Yuji;Tanaka, Sho;Nakahara, Shuchi;Wakayama, Shizuka;Kohiyama, Masayuki
Earthquakes and Structures
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v.8
no.4
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pp.889-913
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2015
Structural vibration characteristics of a semi-active base-isolated building were investigated using seismic observation records including those of the 2011 Great East Japan earthquake (Tohoku earthquake). Three different types of analyses were conducted. First, we investigated the long-term changes in the natural frequencies and damping factors by using an ARX model and confirmed that the natural frequency of the superstructure decreased slightly after the main shock of the Tohoku earthquake. Second, we investigated short-term changes in the natural frequencies and damping factors during the main shock by using the N4SID method and observed different transition characteristics between the first and second modes. In the second mode, in which the superstructure response is most significant, the natural frequency changed depending on the response amplitude. In addition, at the beginning of the ground motion, the identified first natural frequency was high possibly as a result of sliding friction. Third, we compared the natural frequencies and damping factors between the conditions of a properly functional semi-active control system and a nonfunctional system, by using the records of the aftershocks of the Tohoku earthquake. However, we could not detect major differences because the response was probably influenced by sliding friction, which had a more significant effect on damping characteristics than did the semi-active dampers.
This paper deals with vibration control of a small mount with MR(Magneto-Rheological) fluid as a functional fluid mount for precision equipment of automobiles. Damping and stiffness coefficients of the mount with MR fluid are changed by variations of the applied magnetic field strength. We present the robust control scheme, based on a conventional sliding mode control theory, for the design of a stable controller that is capable of vibration control due to various disturbances such as impact and periodic excitations, and is insensitive to dynamic properties of the mount. We got stable controller by using Lyapunov stability theory. The controller is then realized by using a semi-active control condition in simulations. Chattering problem of the sliding mode control is eliminated by saturation function instead of signum function. The sliding mode control with Lyapunov stability theory is superior to passive and Sky-Hook control in performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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