Preumont, Andre;Voltan, Matteo;Sangiovanni, Andrea;Mokrani, Bilal;Alaluf, David
Smart Structures and Systems
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제18권1호
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pp.31-52
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2016
The paper first reviews the theory of active tendon control with decentralized Integral Force Feedback (IFF) and collocated displacement actuator and force sensor; a formal proof of the formula giving the maximum achievable damping is provided for the first time. Next, the potential of the control strategy for the control of suspension bridges with active stay cables is evaluated on a numerical model of an existing footbridge; several configurations are investigated where the active cables connect the pylon to the deck or the deck to the catenary. The analysis confirms that it is possible to provide a set of targeted modes with a considerable amount of damping, reaching ${\xi}=15%$. Finally, the control strategy is demonstrated experimentally on a laboratory mock-up equipped with four control stay cables equipped with piezoelectric actuators. The experimental results confirm the excellent performance and robustness of the control system and the very good agreement with the predictions.
본 논문에서는 건설구조물의 스마트 제어를 위해 오리피스 구간의 갭(gap) 조건을 달리한 2개의 준능동 MR 감쇠기를 개발하고, 동하중 실험을 통해 갭 조건에 따른 감쇠성능을 비교 평가하였다. 여기서, MR 감쇠기는 그 특성상 재료적 및 기계적인 다양한 변수들로 인해 그 감쇠성능이 크게 좌우될 수 있으나, 특히 MR 감쇠기의 오리피스 구간에 대한 갭 크기의 영향은 MR감쇠장치의 설계 시 핵심적인 요소 중에 하나이다. 따라서 본 논문에서는 오리피스 구간의 갭 조건을 1.0mm와 2.0mm로 각각 설계하였으며, 인가전류 조건을 달리한 동하중 실험을 통해 발생 감쇠력을 획득하였다. 이들 획득결과는 힘-변위 이력곡선과 힘-전류 관계곡선으로부터 최대 최소 감쇠력 및 동적범위로 분석 평가되었다. 이상의 결과로부터, 갭의 조건에 따른 MR감쇠장치의 감쇠성능 변화를 규명하였으며, 본 연구에서 개발된 2개의 MR 감쇠기는 인가전류셑 및 코일 권선수 등의 추가핵심설계요소를 효과적으로 고려함으로써 건설구조물의 스마트 제어를 위해 유용하게 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
Weber, Felix;Yalniz, Fatih;Kerner, Deniz;Huber, Peter
국제초고층학회논문집
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제10권2호
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pp.99-107
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2021
This research investigates the potential of Adaptive TMDs for tall building damping. The Adaptive TMD under consideration is based on real-time controlled hydraulic dampers generating purely dissipative control forces. The control approach is designed to enhance the Adaptive TMD efficiency for moderate wind loads with return periods below 50 years. The resulting enhanced TMD efficiency is used to reduce the pendulum mass by 15% compared to the passive TMD while still guaranteeing the acceleration limits of the one and ten year return period winds. Furthermore, the adaptive control approach is designed to disproportionally increase the controlled damping force at wind loads with return periods of 50 years and more in order to reduce the maximum relative motion of the Adaptive TMD with only 85% pendulum mass. Compared to the passive TMD with 100% pendulum mass the maximum relative motion is reduced by 20%. Both the pendulum mass reduction and the maximum relative motion reduction significantly reduce the foot print of the Adaptive TMD which is highly desirable from the economic point of view.
The performance of variable dampers for seismic protection of the benchmark highway bridge (phase I) under six real earthquake ground motions is presented. A simplified lumped mass finite-element model of the 91/5 highway bridge in Southern California is used for the investigation. A variable damper, developed from magnetorheological (MR) damper is used as a semi-active control device and its effectiveness with friction force schemes is investigated. A velocity-dependent damping model of variable damper is used. The effects of friction damping of the variable damper on the seismic response of the bridge are examined by taking different values of friction force, step-coefficient and transitional velocity of the damper. The seismic responses with variable dampers are compared with the corresponding uncontrolled case, and controlled by alternate sample control strategies. The results of investigation clearly indicate that the base shear, base moment and mid-span displacement are substantially reduced. In particular, the reduction in the bearing displacement is quite significant. The friction and the two-step friction force schemes of variable damper are found to be quite effective in reducing the peak response quantities of the bridge to a level similar to or better than that of the sample passive, semi-active and active controllers.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제15권4호
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pp.396-411
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2014
Synchronized switch damping (SSD) techniques have recently been developed for structural vibration control using piezoelectric materials. In these techniques, piezoelectric materials are bonded on the vibrating structure and shunted by a network of electrical elements. These piezoelectric materials are switched according to the amplitude of the excitation force to damp vibration. This paper presents a new SSD technique called 'synchronized switch damping on negative capacitance and adaptive voltage sources' (SSDNCAV). The technique combines the phenomenon of capacitance transient charging and electrical resonance to effectively dampen the structural vibration. Also, the problem of stability observed in the previous SSD techniques is effectively addressed by adapting the voltage on the piezoelectric patch according to the vibration amplitude of the structure. Analytical expressions of vibration attenuation at the resonance frequency are derived, and the effectiveness of this new technique is demonstrated, for the control of a resonant cantilever beam with bonded piezoelectric patches, by comparing with SSDI, SSDVenh, and SSDNC techniques. Theoretical predictions and experimental results show the remarkable vibration damping capability of SSDNCAV technique, which was better than the previous SSD techniques. The broadband vibration control capabilities of SSDNCAV technique are also demonstrated, which exceed those of previous SSD techniques.
This paper presents vibration control performance of a squeeze mode ER mount for high static load. After experimentally investigating the field-dependent damping force under the squeeze mode motion, a squeeze mode ER mount which can support 200 kg of static load is designed and manufactured. Displacement transmissibility of the proposed ER mount is experimentally evaluated in frequency domain with respect to the intensity of the electric field, and a sky-hook control algorithm is designed to attenuate unwanted vibration. Vibration isolation capabilities of the flow mode ER mount and rubber mount are compared to those of the proposed squeeze mode ER mount.
NiTi-wire shape memory alloy (SMA) dampers, that utilize NiTi SMA wires to simultaneously damp tension, compression and torsion, was developed for structural control implementation in this study. First, eight reduced-scale NiTi-wire SMA dampers were constructed. Then tension, compression and torsion experiments using the eight reduced-scale NiTi-wire SMA dampers of different specification were done. The experimental results revealed all of the eight reduced-scale NiTi-wire SMA dampers had the ability to simultaneously supply tension-compression damping and torsion damping. Finally, mechanics analysis of the NiTi-wire SMA dampers was done based on a model of the SMA-wire restoring force and on tension-compression and torsion damping analysis. The damping analytical results were found to be similar to the damping experimental results.
In this study, based on the results from the sinusoidal base excitation analyses of a single degree of freedom system with a tuned mass damper (TMD), it is verified that optimal friction force can improve the performance of a TMD like a linear viscous damper which has been usually used in general TMD. The magnitude of the optimal friction increases with increasing mass ratio of the TMD and decreases with increasing structural damping. Particularly, it is observed that the optimized friction force gives better control performance than the optimized viscous damping of the TMD. However, because the performance of the TMD considerably deteriorates when the friction force increases over the optimal value, it is required to keep the friction force from exceeding the optimal value.
In this study, based on the results from the sinusoidal base excitation analyses of a single degree of freedom system with a tuned mass damper (TMD), it is verified that optimal friction force can improve the performance of a TMD like a linear viscous damper which has been usually used in general TMD. The magnitude of the optimal friction increases with increasing mass ratio of the TMD and decreases with increasing structural damping. Particularly, it is observed that the optimized friction force gives better control performance than the optimized viscous damping of the TMD. However, because the performance of the TMD considerably deteriorates when the friction force increases over the optimal value, it is required to keep the friction force from exceeding the optimal value.
Zenz, Georg;Berger, Wolfgang;Gerstmayr, Johannes;Nader, Manfred;Krommer, Michael
Smart Structures and Systems
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제12권5호
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pp.547-577
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2013
To suppress vibration and noise of mechanical structures piezoelectric ceramics play an increasing role as effective, simple and light-weighted damping devices as they are suitable for sensing and actuating. Out of the various piezoelectric damping methods this paper compares mode based active control strategies to passive shunt damping for thin plates. Therefore, a new approach for the optimal placement of the piezoelectric sensors/actuators, or more general transducers, is proposed after intense theoretical investigations based on the Kirchhoff kinematical hypotheses of plates; in particular, modal and nilpotent transducers are discussed in detail. Based on the proposed distribution a discrete design for modal transducers is implemented, tested and verified on an experimental setup. For active control the modal sensors clearly identify the eigenmodes, whereas the modal actuators impose distributed eigenstrains in order to reduce the transverse plate vibrations. In contrast to the modal control, passive shunt damping works without requiring additional actuators or auxiliary power and can therefore act as an autonomous system, but it is less effective compensating the flexible vibrations. Exemplarily, an acryl glass plate disturbed by an arbitrary force initialized by a loudspeaker is investigated. Comparing the different methods their specific advantages are highlighted and a significant broadband reduction of the vibrations of up to -20dB is obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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