A family of smart tuned mass dampers (STMDs) with variable frequency and damping properties is analyzed under harmonic excitations and ground motions. Two types of STMDs are studied: one is realized by a semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device and the other is realized by a pendulum with an adjustable length. Based on the feedback signal, the angle of the SAIVS device or the length of the pendulum is adjusted by using a servomotor such that the frequency of the STMD matches the dominant excitation frequency in real-time. Closed-form solutions are derived for the two types of STMDs under harmonic excitations and ground motions. Results indicate that a small damping ratio (zero damping is the best theoretically) and an appropriate mass ratio can produce significant reduction when compared to the case with no tuned mass damper. Experiments are conducted to verify the theoretical result of the smart pendulum TMD (SPTMD). Frequency tuning of the SPTMD is implemented through tracking and analyzing the signal of the excitation using a short time Fourier transformation (STFT) based control algorithm. It is found that the theoretical model can predict the structural responses well. Both the SAIVS STMD and the SPTMD can significantly attenuate the structural responses and outperform the conventional passive TMDs.
Rodgers, Geoffrey W.;Chase, J. Geoffrey;Roland, Thomas;Macrae, Gregory A.;Zhou, Cong
Earthquakes and Structures
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v.22
no.2
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pp.109-120
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2022
Older or damaged structures can require significant retrofit to ensure they perform well in subsequent earthquakes. Supplemental damping devices are used to achieve this goal, but increase base shear forces, foundation demand, and cost. Displacement reduction without increasing base shear is possible using novel semi-active and recently-created passive devices, which offer energy dissipation in selected quadrants of the force-displacement response. Combining these devices with large, strictly passive energy dissipation devices can offer greater, yet customized response reductions. Supplemental damping to reduce response without increasing base shear enables a net-zero base shear approach. This study evaluates this concept using two incremental dynamic analyses (IDAs) to show displacement reductions up to 40% without increasing base shear, more than would be achieved for either device alone, significantly reducing the risk of response exceeding the unaltered structural case. IDA results lead to direct calculation of reductions in risk and annualized economic cost for adding these devices using this net-zero concept, thus quantifying the trade-off. The overall device assessment and risk analysis method presented provides a generalizable proof-of-concept approach, and provides a framework for assessing the impact and economic cost-benefit of using modern supplemental energy dissipation devices.
A high-frequency vibration control method is proposed in this paper for Pumped Storage Power Plants (PSPPs) using Eddy Current Tuned Mass Damper (EC-TMD), based on which a new type of EC-TMD device is designed. The eddy current damper parameters are optimized by numerical simulation. On this basis, physical simulation model tests are conducted to compare and study the effect of structural performance with and without damping, different control strategies, and different arrangement positions of TMD. The test results show that EC-TMD can effectively reduce the control effect under high-frequency vibration of the plant structure, and after the additional damping device forms EC-TMD, the energy dissipation is further realized due to the intervention of eddy current damping, and the control effect is subsequently improved. The Multi-Tuned Mass Damper (MTMD) control strategy broadens the tuning band to improve the robustness of the system, and the vibration advantage is more obvious. Also, some suggestions are made for the placement of the dampers to promote their application.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.19
no.1
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pp.35-40
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1982
As a general-purpose device, the microprocessor has made a large impact on many area of engineering, In this paper, a controller has been implemented using microprocessors allowing the damping ratio ζ to be changed dynamically in control systems. The results show definite improvement in response time.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2016.10a
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pp.11-12
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2016
Buildings which was constructed before 1988 were not satisfied seismic design code. Thus, most of these buildings have to retrofit for remodeling. This study proposed the steel slit damper system with displacement-amplification device. It could maximize the effectiveness of a damper system in controlling seismic response of a building by amplifying story drift induced to damper. In this study, the proposed system was verified the effect of displacement-amplification using the analytical and experimental study. From the analysis and experiment, it was found that the propsed damping system showed a stable hysteric behavior with excellent energy dissipation capacity. Therefore the proposed system will make a good seismic performance and economical benefits.
Kim, Yu-Seong;Kang, Joo-Won;Park, Byung-Tae;Lee, Joon-Ho
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.101-109
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2019
In order to develop the compatible damping device in various vibration source, a hybrid wall-type damper combining slit and friction damper in parallel was developed. Cyclic loading tests and two-story RC reinforced frame tests were performed for structural performance verification. As a result of the 5-cyclic loading test according to KBC-2016 and low displacement cyclic fatigue test, The hybrid wall type damper increased its strength and the ductility was the same as that of the slit damper. In addition, As a result of the two-layer frame test, the reinforced frame had about twice the strength of the unreinforced frame, and the story drift ratio was satisfied to Life Safety Level.
Nam Kyu Kim;Yeongchae Song;Tae Ho Kim;Jeonggi Hong;Kyungdae Kang
Tribology and Lubricants
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v.40
no.2
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pp.54-60
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2024
This study experimentally identifies the effects of end shape, clearance, total damper length, journal eccentricity ratio, oil supply pressure, and oil flow rate on the damping coefficient of a squeeze film damper (SFD) with piston ring seal ends and a central groove. The SFD is composed of a lubricating fluid flowing between the outer race of a rolling element bearing and cartridge, along with an anti-rotation pin to prevent the rotation of the outer race. The device provides additional viscous damping to a rotating system. Additionally, piston ring seals attached at both ends of the damper increase the damping coefficient of the rotating system by reducing oil leakage. Because these different design conditions affect the damping coefficient of an SFD, we perform experiments including different conditions. Tests show that the damping coefficient increases significantly in the SFD with piston ring seal ends compared with the SFD with open ends. The damping coefficient also increases with increasing total damper length and journal eccentricity ratio, and decreases with increasing clearance. Additionally, in contrast to the trend observed for the SFD with open ends, the damping coefficient for the SFD with piston ring seal ends increases with increasing supply pressure and flow rate as the frequency decreases but shows consistent results as the frequency increases.
High-rise structures prone to large vibrations under the action of strong winds, resulting in fatigue damage of the structural components and the foundation. A novel compound damping cable system (CDCS) is proposed to suppress the excessive vibrations. CDCS uses tailored double cable system with increased tensile stiffness as the connecting device, and makes use of the relative motion between the high-rise structure and the ground to drive the damper to move back-and-forth, dissipating the vibration mechanical energy of the high-rise structure so as to decaying the excessive vibration. Firstly, a third-order differential equation for the free vibration of high-rise structure with CDCS is established, and its closed form solution is obtained by the root formulas of cubic equation (Shengjin's formulas). Secondly, the analytical solution is validated by a laboratory model experiment. Thirdly, parametric analysis is conducted to investigate how the parameters affect the vibration control performance. Finally, the dynamic responses of the high-rise structure with CDCS under harmonic and stochastic excitations are calculated and its vibration mitigation performance is further evaluated. The results show that the CDCS can provide a large equivalent additional damping ratio for the vibrating structures, thus suppressing the excessive vibration effectively. It is anticipated that the CDCS can be used as a good alternative energy dissipation system for vibration control of high-rise structures.
The primary wave energy conversion by a three-dimensional bottom-mounted oscillating water column (OWC) wave power device in regular waves has been studied. The linear potential boundary value problem has been solved following the boundary matching method. The optimum shape parameters such as the chamber length and the depth of the front skirt of the OWC chamber obtained through two-dimensional numerical tests in the frequency domain have been applied in the design of the present OWC chamber. Time-mean wave power converted by the OWC device and the time-mean second-order wave forces on the OWC chamber structure have been presented for different wave incidence angles in the frequency-domain. It has been shown that the peak period of $P_m$ for the optimum damping parameter coincides with the peak period of the time.mean wave drift force when ${\gamma}=0$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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