Effectiveness of multiple tuned mass dampers (MTMD) in suppressing the dynamic response of base excited structure for first mode vibration is investigated. The effectiveness of the MTMD is expressed by the ratio of the root mean square (RMS) displacement of the structure with MTMD to corresponding displacement without MTMD. The frequency content of base excitation is modelled as a broad-band stationary random process. The MTMD's with uniformly distributed natural frequencies are considered for this purpose. A parametric study is conducted to investigate the fundamental characteristics of the MTMD's and the effect of important parameters on the effectiveness of the MTMD's. The parameters include: the fundamental characteristics of the MTMD system such as damping, mass ratio, total number of MTMD, tuning frequency ratio, frequency spacing of the dampers and frequency content of the base excitation. It has been shown that MTMD can be more effective and more robust than a single TMD with equal mass and damping ratio.
For controlling the vibration of specific building structure with large span, a practical method for the design of MTMD was developed according to the characteristics of structures subjected to wind loads. Based on the model of analyzing wind-induced response of large-span structure with MTMD, the optimization method of multiple tuned mass dampers for large-span roof structures subjected to wind loads was established, in which the applicable requirements for strength and fatigue life of TMD spring were considered. According to the method, the controlled modes and placements of TMDs in MTMD were determined through the quantitative analysis on modal contribution to the wind-induced dynamic response of structure. To explore the characteristics of MTMD, the parametric analysis on the effects of mass ratio, damping ratio, central tuning frequency ratio and frequency range of MTMD, was performed in the study. Then the parameters of MTMD were optimized through genetic algorithm and the optimized MTMD showed good dynamic characteristics. The robustness of the optimized MTMD was also investigated.
In the present study, TMD(tuned mass damper) with eddy current damping is proposed to suppress the vibration of a cantilever beam effectively. The advantages of TMD are that it is simple and its performance are excellent at any particular frequency. However, TMD may have the low performance at other frequency. To solve this problem and improve its performance, this study applies the eddy current damping to TMD. This TMD with ECD is named as MTMD(magnetically tuned mass damper). MTMD is designed for the vibration suppression of a cantilever beam. The mathematical modeling, simulation, and experiments of the cantilever beam with MTMD are performed. From analytic and experimental results, it can be concluded that the vibration suppression performance of MTMD are excellent.
In order to suppress the structural vibration more effectively, Multiple Tuned Mass Damper(MTMD) which is composed of a number of Tuned Mass Damper(TMD) can be used. Especially, the passive MTMD has several advantages over active TMD like easy installment and maintenance, cost and performance for power failure situation(severe damage of power lines from earthquake), etc.. For this purpose the mass and damping ratio of MTMD and the distributed frequency range which shows the range of MTMD's distribution are used as main design parameters. When the passive MTMD is constituted with multiple cantilevers, the facility in its real production and its need for only a smaller space can be named as its several advantages. In this study, the satisfactory results were obtained from the composition of MTMD utilizing dynamic characters of cantilevers, and the verification was done by the comparison of the analysis from MTMD with the computer simulation.
A probabilistic assessment of the seismic-excited buildings with a multiple-tuned-mass-damper (MTMD) system is carried out in the presence of uncertainties of the structural model, MTMD system, and the stochastic model of the seismic excitations. A free search optimization procedure of the individual mass, stiffness and, damping parameters of the MTMD system based on the snap-drift cuckoo search (SDCS) optimization algorithm is proposed for the optimal design of the MTMD system. Considering a 10-story structure in three cases equipped with single tuned mass damper (STMS), 5-TMD and 10-TMD, sensitivity analyses are carried out using Sobol' indices based on the Monte Carlo simulation (MCS) method. Considering different seismic performance levels, the reliability analyses are done using MCS and kriging-based MCS methods. The results show the maximum structural responses are more affected by changes in the PGA and the stiffness coefficients of the structural floors and TMDs. The results indicate the kriging-based MCS method can estimate the accurate amount of failure probability by spending less time than the MCS. The results also show the MTMD gives a significant reduction in the structural failure probability. The effect of the MTMD on the reduction of the failure probability is remarkable in the performance levels of life safety and collapse prevention. The maximum drift of floors may be reduced for the nominal structural system by increasing the TMDs, however, the complexity of the MTMD model and increasing its corresponding uncertainty sources can be caused a slight increase in the failure probability of the structure.
It is proposed to analyze the vibration of slab with MTMD and vibration-induced noise. Substructure synthesis is introduced to develope the interaction between the slab and MTMD which are defined in different space and acoustic power is obtained from the velocity field of slab. Numerical analysis is performed to show that the vibration and noise of slab can be reduced by MTMD. A living room of wall type apartment including the wall and MTMD is modeled and analyzed by FEM program Numerical analysis shows that the vibration and noise control effect is different depending on the location and mass ratio of MTMD. Futhermore, noise is more effectively reduced when the vibration of higher modes of slab are reduced rather than lower modes.
In this study, it is outlined that heavy weight floor impact noise induced by the vibration of slab can be reduced using multi tuned mass damper(MTMD) effectively. Substructure synthesis is utilized to develope analytical model of the slab coupled with MTMD and acoustic power is introduced to evaluate the performance of noise control for simplicity. Numerical analysis is carried out to investigate the effect of the properties of MTMD on the vibration and noise control of the simply supported slab. Numerical analysis shows that mass ratio of MTMD is critical on the vibration and noise control of the slab and it is also essential to reduce the vibration in higher modes of slab in the light of its great effect on the radiation of sound.
In this study, it is outlined that heavy weight floor impact noise induced by the vibration of slab can be reduced by multi tuned mass damper(MTMD) effectively. Substructure synthesis is utilized to develope analytical model of slab coupled with MTMD and acoustic power is introduced to evaluate the performance of noise control for simplicity. Numerical analysis is carried out to investigate the effect of the properties of MTMD on the vibration and noise control. Numerical analysis shows that mass ratio of MTMD is critical on the vibration and noise control of the slab and it is essential to reduce the vibration in higher modes of slab because it has a great effect on the radiation of sound.
A design method of a Multiple Tuned Mass Damper (MTMD) system is presented for wind induced vibration control of a cable-supported roof structure. Modal contribution analysis is carried out to determine the dominating modes of the structure for the MTMD design. Two MTMD systems are developed for two most dominating modes. Each MTMD system is composed of multiple TMDs with small masses spread at multiple locations with large responses in the corresponding mode. Frequencies of TMDs are distributed uniformly within a range around the dominating frequencies of the roof structure to enhance the robustness of the MTMD system against uncertainties of structural frequencies. Parameter optimizations are carried out by minimizing objective functions regarding the structural responses, TMD strokes, robustness and mass cost. Two optimization approaches are used: Single Objective Approach (SOA) using Sequential Quadratic Programming (SQP) with multi-start method and Multi-Objective Approach (MOA) using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II). The computation efficiency of the MOA is found to be superior to the SOA with consistent optimization results. A Pareto optimal front is obtained regarding the control performance and the total weight of the TMDs, from which several specific design options are proposed. The final design may be selected based on the Pareto optimal front and other engineering factors.
Offshore drilling has become a key process for obtaining oil. Offshore platforms have many applications, including oil exploration and production, navigation, ship loading and unloading, and bridge and causeway support. However, vibration problems caused by severe environmental loads, such as ice, wave, wind, and seismic loads, threaten the functionality of platform facilities and the comfort of workers. These concerns may result in piping failures, unsatisfactory equipment reliability, and safety concerns. Therefore, the vibration control of offshore platforms is essential for assuring structural safety, equipment functionality, and human comfort. In this study, an optimal multiple tuned mass damper (MTMD) system was proposed to mitigate the excessive vibration of a three-dimensional offshore platform under ice and earthquake loadings. The MTMD system was designed to control the first few dominant coupled modes. The optimal placement and system parameters of the MTMD are determined based on controlled modal properties. Numerical simulation results show that the proposed MTMD system can effectively reduce the displacement and acceleration responses of the offshore platform, thus improving safety and serviceability. Moreover, this study proposes an optimal design procedure for the MTMD system to determine the optimal location, moving direction, and system parameters of each unit of the tuned mass damper.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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