Kim, Hyeong Gook;Yoshitomi, Shinta;Tsuji, Masaaki;Takewaki, Izuru
Earthquakes and Structures
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v.3
no.6
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pp.821-838
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2012
This paper proposes a new three-layer pillar-type hysteretic damper system for residential houses. The proposed vibration control system has braces, upper and lower frames and a damper unit including hysteretic dampers. The proposed vibration control system supplements the weaknesses of the previously proposed post-tensioning vibration control system in the damping efficiency and cumbersomeness of introducing a post-tension. The structural variables employed in the damper design are the stiffness ratio ${\kappa}$, the ductility ratio ${\mu}_a$, and the ratio ${\beta}$ of the damper's shear force to the maximum resistance. The hysteretic dampers are designed so that they exhibit the targeted damping capacity at a specified response amplitude. Element tests of hysteretic dampers are carried out to examine the mechanical property and to compare its restoring-force characteristic with that of the analytical model. Analytical studies using an equivalent linearization method and time-history response analysis are performed to investigate the damping performance of the proposed vibration control system. Free vibration tests using a full-scale model are conducted in order to verify the damping capacity and reliability of the proposed vibration control system. In this paper, the damping capacity of the proposed system is estimated by the logarithmic decrement method for the response amplitudes. The accuracy of the analytical models is evaluated through the comparison of the test results with those of analytical studies.
Park, Jin-Taek;Yu, Hyeong-Won;Jang, Seok-Won;Choe, Nak-Sam
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.225-233
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2002
The flexural vibration characteristics of a sandwich beam system with a partially inserted viscoelastic layer have been quantitatively studied using a finite element analysis in combination with a sine-sweep test. Antisymmetric mode shapes of the flexural vibration were visualized by the holographic interferometry and agreed with those calculated by the finite element simulation. Effects of the beam thickness as well as the length and thickness of partial viscoelastic layers on the system loss factor(η$\_$s/) and resonant frequency($\omega$$\_$r/) were significantly large fur the symmetric and antisymmetric modes of the beam system.
Bayati, Mohammad Reza;Mazaheri, Hamid;Bidgoli, Mahmood Rabani
Steel and Composite Structures
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v.43
no.2
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pp.229-240
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2022
The main objective of this work is presenting a mathematical model for the concrete slab with fiber reinforced polymer (FRP) layer under the impact load. Impacts are assumed to occur normally over the top slab and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The structure is assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. Based on the sinusoidal shear deformation theory (SSDT), energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying DQM, the dynamic deflection and contact force of the structure is calculated numerically so that the effects of mass, velocity and height of impactor, boundary conditions, FRP layer, structural damping and geometrical parameters of structure are shown on the dynamic deflection and contact force of system. Results show that considering structural damping leads to lower dynamic deflection and contact force. In addition, increasing the impact velocity of impactor yields to increases in the maximum contact force and deflection while the contact duration is decreased. The result shows that the contact force and the central deflection of the structure decreases and the contact time decreases with assuming FRP layer.
This paper deals with the low velocity impact response and dynamic stresses of composite sandwich truncated conical shells (STCS) with compressible or incompressible core. Impacts are assumed to occur normally over the top face-sheet and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The displacement fields of core and face sheets are considered by higher order and first order shear deformation theory (FSDT), respectively. Considering continuity boundary conditions between the layers, the motion equations are derived based on Hamilton's principal incorporating the curvature, in-plane stress of the core and the structural damping effects based on Kelvin-Voigt model. In order to obtain the contact force, the displacement histories and the dynamic stresses, the differential quadrature method (DQM) is used. The effects of different parameters such as number of the layers of the face sheets, boundary conditions, semi vertex angle of the cone, impact velocity of impactor, trapezoidal shape and in-plane stresses of the core are examined on the low velocity impact response of STCS. Comparison of the present results with those reported by other researchers, confirms the accuracy of the present method. Numerical results show that increasing the impact velocity of the impactor yields to increases in the maximum contact force and deflection, while the contact duration is decreased. In addition, the normal stresses induced in top layer are higher than bottom layer since the top layer is subjected to impact load. Furthermore, with considering structural damping, the contact force and dynamic deflection decrees.
In this paper, artificial neural networks, a new kind of intelligent method, are employed to model and predict amplitude dependent damping in buildings based on our full-scale measurements of buildings. The modelling method and procedure using neural networks to model the damping are studied. Comparative analysis of different neural network models of damping, which includes multi-layer perception network (MLP), recurrent neural network, and general regression neural network (GRNN), is performed and discussed in detail. The performances of the models are evaluated and discussed by tests and predictions including self-test, "one-lag" prediction and "multi-lag" prediction of the damping values at high amplitude levels. The established models of damping are used to predict the damping in the following three ways : (1) the model is established by part of the data measured from one building and is used to predict the another part of damping values which are always difficult to obtain from field measurements : the values at the high amplitude level. (2) The model is established by the damping data measured from one building and is used to predict the variation curve of damping for another building. And (3) the model is established by the data measured from more than one buildings and is used to predict the variation curve of damping for another building. The prediction results are discussed.
The flexural vibration of laminated composite beams with an electro-rheological(ER) fluid has been investigated to design a structure with maximum possible damping capacity. The equations of motion are derived for flexural vibrations of symmetrical, mu1ti-layer laminated beams. The damping radio and modal damping of the first bending mode are calculated by means of iterative complex eigensolution method. Finite element method is used for the analysis of dynamic characteristics of the laminated composite beams with an ER fluid. For the validation of modeling methodology using viscoelastic theory the predicted dynamic properties are compared to the measured ones by author's previous work. They are in good agreement. This paper addresses a design strategy of laminated composite under flexural vibrations with an ER fluid.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.133-137
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2001
Active control of flexural vibrations of smart laminated composite beams has been carried out using piezoceramic sensor/actuator and viscoelastic material. The beams with passive constrained-layer damping have been analyzed by formulating the equations of motion through the use of extended Hamilton's principle. The dynamic characteristics such as damping ratio and modal damping of the beam are calculated for various fiber orientations by means of iterative complex eigensolution method, This paper addresses a design strategy of laminated composite under flexural vibrations to design structure with maximum possible damping capacity.
A three node triangular element with drilling rotations incorporating improved higher-order zig-zag theory(HZZT) is developed to accurately assess the stress distribution through thickness of the laminated plate and analyze the vibration of pretwisted composite plates with embedded damping layer. Shear force matching conditions are enforced along the interfaces between the embedded damping patch and the border patch. The natural frequencies and model loss factors are calculated for cantilevered pretwisted composite blade with damping core with the present triangular element, and compared to experiments and MSC/NASTRAN using a layered combination of plate and solid elements.
Two active/passive vibration dampers were designed to control a cantilever beam first mode of vibration. The active element was a piezoelectric polymer, polyvinlidene fluoride (PVDF). The passive damping was provided by the application of a viscoelastic layer on the surface of the steel beam. Two substantially different damper configurations were designed and tested. One damper consisted of a piezoelectric actuator bonded to one face of the beam, with a viscoelastic layer applied to the other surface of the beam. The second one was composed of a layer viscoeastic layer with one surface bonded to the beam, and with other being constrained by nine piezoelectric actuators connected in parallel. A control law based on the sign of the angular velocity of the cantilever beam was implemented to control the beam first mode of vibration. The piezoelectric sensor output was digitally differentiated to obtain the transverse linear velocity, and its sign was used in the control algorith. Two dampers provided the system a damping increase of a factor of four for the first damper and three for the second damper. Both dampers were found to work well at low levels of vibration, suggesting that they can be used effectively to prevent resonant vibrations in flexible structure from initiating and building up.
This article deals with the dynamic analysis in pad concrete foundation containing Silica nanoparticles (SiO2) subject to seismic load. In order to control the foundation smartly, a piezoelectric layer covered the foundation. The weight of the building by a column on the foundation is assumed with an external force in the middle of the structure. The foundation is located in soil medium which is modeled by spring elements. The Mori-Tanaka law is utilized for calculating the equivalent mechanical characteristics of the concrete foundation. The Kevin-Voigt model is adopted to take into account the structural damping. The concrete structure is modeled by a thick plate and the governing equations are deduced using Hamilton's principle under the assumption of higher-order shear deformation theory (HSDT). The differential quadrature method (DQM) and the Newmark method are applied to obtain the seismic response. The effects of the applied voltage to the smart layer, agglomeration and volume percent of SiO2 nanoparticles, damping of the structure, geometrical parameters and soil medium of the structure are assessed on the dynamic response. It has been demonstrated by the numerical results that by applying a negative voltage, the dynamic deflection is reduced significantly. Moreover, silica nanoparticles reduce the dynamic deflection of the concrete foundation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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