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.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.2
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pp.147-155
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2009
Dynamic characteristics of the clearance flow between an axially oscillating rotational disk and a stationary disk were examined by experiments and computations based on a bulk flow model. In the case without pressure fluctuations at the inlet and outlet of the clearance, parallel and contracting flow paths had an effect to stabilize the axial oscillation of the rotating disk. The enlarged flow path had an effect to destabilize the axial oscillation due to the negative damping and stiffness for outward and inward flows, respectively. It was shown that the fluid force can be decomposed into the component caused by the inlet or outlet pressure fluctuation without the axial oscillation and that due to the axial oscillation without the inlet or outlet pressure fluctuation. A method to predict the stiffness and damping coefficients is proposed for general cases when the device is combined with an arbitrary flow system.
This paper presents a study on amplitude-dependent self-excited aerodynamic forces of a 5:1 rectangular cylinder through free vibration wind tunnel test. The sectional model was spring-supported in a single degree of freedom (SDOF) in torsion, and it is found that the amplitude of the free vibration cylinder model was not divergent in the post-flutter stage and was instead of various stable amplitudes varying with the wind speed. The amplitude-dependent aerodynamic damping is determined using Hilbert Transform of response time histories at different wind speeds in a smooth flow. An approach is proposed to extract aerodynamic derivatives as nonlinear functions of the amplitude of torsional motion at various reduced wind speeds. The results show that the magnitude of A2*, which is related to the negative aerodynamic damping, increases with increasing wind speed but decreases with vibration amplitude, and the magnitude of A3* also increases with increasing wind speed but keeps stable with the changing amplitude. The amplitude-dependent aerodynamic derivatives derived from the tests can also be used to estimate the post-flutter response of 5:1 rectangular cylinders with different dynamic parameters via traditional flutter analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.2
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pp.35-44
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2004
In the capacity spectrum method(CSM) using a linear response spectrum, the peak response of an inelastic system under a given earthquake load is estimated transforming the system into the equivalent elastic one. The CSM for estimating the peak inelastic response is evaluated in this paper. The equivalent period and damping ratio are calculated using the ATC-40, G lkan, Kowalsky, and Iwan methods, and the performance points are obtained according to the procedure B of ATC-40. Analysis results indicate that the ATC-40 method generally underestimates the peak response resulting in the unsafe design, while the G lkan and Kowalsky methods overestimate the responses. The Iwan method produces the values between those by the ATC-40 method and the G lkan and Kowalsky methods, and estimates the responses relatively closer to the exact ones. Further, it is found that the Kowalsky method gives the negative equivalent damping ratios depending on the hardening ratios, and thereby can not be used to estimate the responses in some cases.
Statistical analysis on the measured responses of a suspension bridge deck (Law, et al. 2007) show that vibration response at the first torsional mode of the structure has a significant increase at and beyond the critical wind speed for vortex shedding as noted in the wind tunnel tests on a sectional model. This paper further analyzes the measured responses of the structure when under typhoon conditions for any possible vortex shedding events. Parameters related to the lifting force in such a possible event and the vibration amplitudes are estimated with a single-degree-of-freedom model of the system. The spatial correlation of vortex shedding along the bridge span is also investigated. Possible vortex shedding events are found at both the first torsional and second vertical modes with the root-mean-square amplitudes comparable to those predicted from wind tunnel tests. Small negative stiffness due to wind effects is observed in isolated events that last for a short duration, but the aerodynamic damping exhibits either positive or negative values when the vertical angle of wind incidence is beyond ${\pm}10^{\circ}$. Vibration of the bridge deck is highly correlated in the events at least in the middle one-third of the main span.
The negative stiffness of an active or semi-active damper system has been proven to be very effective in reducing dynamic response. Therefore, energy dissipation devices possessing negative stiffness, such as viscous inertial mass dampers (VIMDs), have drawn much attention recently. The control performance of the VIMD for cable vibration mitigation has already been demonstrated by many researchers. In this paper, a new optimal design procedure for VIMD parameters for taut cable vibration control is presented based on the fixed-points method originally developed for tuned mass damper design. A model consisting of a taut cable and a VIMD installed near a cable end is studied. The frequency response function (FRF) of the cable under a sinusoidal load distributed proportionally to the mode shape is derived. Then, the fixed-points method is applied to the FRF curves. The performance of a VIMD with the optimal parameters is subsequently evaluated through simulations. A taut cable model with a tuned VIMD is established for several cases of external excitation. The performance of VIMDs using the proposed optimal parameters is compared with that in the literature. The results show that cable vibration can be significantly reduced using the proposed optimal VIMD with a relatively small amount of damping. Multiple VIMDs are applied effectively to reduce the cable vibration with multi-modal components.
A new method for the electrostatic suspension of disk-shaped objects is proposed which is based on a switched-voltage control scheme. It operates according to a relay feedback control and deploys only a single high-voltage power supply capable of delivering a dc voltage of positive and/or negative polarity. In addition to the unique feature that no high-voltage amplifiers are needed, this method provides a remarkable system simplification relative to conventional methods. It is shown that despite the inherent limit cycle property of relay feedback based control, an excellent performance in vibration suppression is attained due to the presence of a relatively large squeeze film damping. In this paper, the functional principle of the switched voltage control scheme, numerical analysis, stator electrode design, and a nonlinear dynamic model of the suspension system are described. Experimental results will be presented for a 4-inch silicon wafer that clearly reveal the capability of the proposed control structure to suspend the wafer stably at an airgap length of 50 .mu.m.
Numerical simulations based on the ALE finite element method are carried out to examine the aerodynamics of an oscillating circular cylinder when the separated shear flows around the cylinder are stimulated by periodic jet excitation with a shear layer instability frequency. The excitation is applied to the flows from two points on the cylinder surface. The numerical results showed that the excitation with a shear layer instability frequency can reduce the negative damping and thereby stabilize the aerodynamics of the oscillating cylinder. The change of the lift phase seems important in stabilizing the cylinder aerodynamics. The change of lift phase is caused by the merger of the vortices induced by the periodic excitation with a shear layer instability frequency, and the vortex merging comes from the high growth rate, the rapid increase of wave number and decrease of phase velocity for the periodic excitation in the separated shear flows.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.2
no.1
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pp.47-62
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1994
Herein the surge-heave-pitch motion of a ship in harbor has been analyzed within the framework of linear potential theory. The ship is assumed to be slender and moored at an arbitrary position in a rectangular harbor with a constant depth. The coast line is assumed to be straight. The ship and harbor responses to incident long waves are represented in terms of Green's function, which is the solution of tole Helmholtz equation satisfying necessary boundary conditions. An integral equation is obtained from matching condition between harbor and ocean solutions, and it is replaced by an equivalent variational form. Numerical results sallow that the ship motion can be highly amplified at the frequencies, where the harbor is resonated by the incident wave. At the resonant frequencies, the added mass for vertical motions becomes negative and the damping forte changes abruptly.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.244-249
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1997
Internal and external heat sources will cause to deform to machine elements in the contact joint of structure,which results in the change of contact pressure distribution different from initial assembly. Heat induced variations of contact pressure will change the static and dynamic properties such as contact stiffness,damping as well as contact heat conduction in the structure. In order to design and control the intelligent machine tool operating in variant conditions more sophisticatedly, the good prediction for the changes of prescribed propeties are strongly required especially in the contact elements adjacent to the rotational or linear bearing This paper presents some computational and experimental results in regard to static and dynamic characteristics of the press-fitted bush and shaft assembly which is a model of the bearing innerrace and shaft assembly. In the condition of heat generation on the outer surface of the bush,the effects of changes in the negative clearance and the heat flux on pressure distribution and dynamic properties are investigated. Results of this study show that the edge effect of the bush and the initial clearance have effects on the transient dynamic characteristics significantiy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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