This paper reported test of full-scale cables attached with four types of dampers: viscous damper, passive Magneto-Rheological (MR) damper, friction damper and High Damping Rubber (HDR) damper. The logarithmic decrements of the cable with attached dampers were calculated from free vibration time history. The efficiency ratios of the mean damping ratios of the tested four dampers to theoretical maximum damping ratio were derived, which was very important for practical damper design and parameter optimization. Non-ideal factors affecting damper performance were discussed based on the test results. The effects of concentrated mass and negative stiffness were discussed in detail and compared theoretically. Approximate formulations were derived and verified using numerical solutions. The critical values for non-dimensional concentrated mass coefficient and negative stiffness were identified. Efficiency ratios were approximately 0.6, 0.6, and 0.3 for the viscous damper, passive MR damper and HDR damper, respectively. The efficiency ratio for the friction damper was between 0-1.0. The effects of concentrated mass and negative stiffness on cable damping were positive as both could increase damping ratio; the concentrated mass was more effective than negative stiffness for higher vibration modes.
Dynamic characteristics of tall building structures with double negative stiffness damped outriggers (2NSDO) are parametrically studied using the theoretical formula. Compared with one negative stiffness damped outrigger (1NSDO), 2NSDO can achieve a similar maximal modal damping ratio with a smaller negative stiffness ratio. Besides, the 2NSDO can improve the maximum achievable damping ratio to about 30% with less consumption of an outrigger damping coefficient compared with the double conventional damped outriggers (2CDO). Besides, the responses of structures with 2NSDO under fluctuating wind load are investigated by time-history analysis. Numerical results show that the 2NSDO is effective in reducing structural acceleration under fluctuating wind load, being more efficient than 1NSDO.
Negative stiffness, previously emulated by active or semi-active control for cable vibration mitigation, is realized passively using a self-contained highly compressed spring, the negative stiffness device (NSD).The NSD installed in parallel with a viscous damper (VD) in the vicinity of cable anchorage, enables increment of damper deformation during cable vibrations and hence increases the attainable cable damping. Considering the small cable displacement at the damper location, even with the weakening device, the force provided by the NSD-VD assembly is approximately linear. Complex frequency analysis has thus been conducted to evaluate the damping effect of the assembly on the cable; the displacement-dependent negative stiffness is further accounted by numerical analysis, validating the accuracy of the linear approximation for practical ranges of cable and NSD configurations. The NSD is confirmed to be a practical and cost-effective solution to improve the modal damping of a cable provided by an external damper, especially for super-long cables where the damper location is particularly limited. Moreover, mathematically, a linear negative stiffness and viscous damping assembly has proven capability to represent active or semi-active control for simplified cable vibration analysis as reported in the literature, while in these studies only the assembly located near cable anchorage has been addressed. It is of considerable interest to understand the general characteristics of a cable with the assembly relieving the location restriction, since it is quite practical to have an active controller installed at arbitrary location along the cable span such as by hanging an active tuned mass damper. In this paper the cable frequency variations and damping evolutions with respect to the arbitrary assembly location are then evaluated and compared to those of a taut cable with a viscous damper at arbitrary location, and novel frequency shifts are observed. The characterized complex frequencies presented in this paper can be used for preliminary damping effect evaluation of an adaptive passive or semi-active or active device for cable vibration control.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.501-517
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2016
Synchronized switch damping (SSD) is a structural vibration control technique in which a piezoelectric patch attached to or embedded into the structure is connected to or disconnected from the shunt circuit in order to dissipate the vibration energy of the host structure. The switching process is performed by a digital signal processor (DSP) which detects the displacement extrema and generates a command to operate the switch in synchronous with the structure motion. Recently, autonomous SSD techniques have emerged in which the work of DSP is taken up by a low pass filter, thus making the whole system autonomous or self-powered. The control performance of the previous autonomous SSD techniques heavily relied on the electrical quality factor of the shunt circuit which limited their damping performance. Thus in order to reduce the influence of the electrical quality factor on the damping performance, a new autonomous SSD technique is proposed in this paper in which a negative capacitor is used along with the inductor in the shunt circuit. Only a negative capacitor could also be used instead of inductor but it caused saturation of negative capacitor in the absence of an inductor due to high current generated during the switching process. The presence of inductor in the shunt circuit of negative capacitor limits the amount of current supplied by the negative capacitance, thus improving the damping performance. In order to judge the control performance of proposed autonomous SSDNCI, a comparison is made between the autonomous SSDI, autonomous SSDNC and autonomous SSDNCI techniques for the control of an aluminum cantilever beam subjected to both single mode and multimode excitation. A value of negative capacitance slightly greater than the piezoelectric patch capacitance gave the optimum damping results. Experiment results confirmed the effectiveness of the proposed autonomous SSDNCI technique as compared to the previous techniques. Some limitations and drawbacks of the proposed technique are also discussed.
The effects of BPC (blade pitch control) on FOWT (floating offshore wind turbine) motions and generated power are investigated by using a fully-coupled turbine-floater-mooring simulation program. In this regard, two example FOWTs, OC4-5MW semi-submersible FOWT and KRISO four-3MW-units FOWT, are selected since the numerical simulations of those two FOWTs have been verified against experiments in authors' previous studies. Various simulations are performed changing BPC natural frequency (BPCNF), BPC damping ratio (BPCDR), and wind speeds. Through the numerical simulations, it was demonstrated that negative damping can happen for platform pitch motions and its influences are affected by BPCNF, BPCDR, and wind speeds. If BPCNF is significantly larger than platform-pitch natural frequency, the pitch resonance can be very serious due to the BPC-induced negative-damping effects, which should be avoided in the FOWT design. If wind speed is significantly higher than the rated wind velocity, the negative damping effects start to become reduced. Other important findings are also given through systematic sensitivity investigations.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.624-629
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2003
In this paper, broadband shunt technique for increasing transmission loss is experimentally investigated. Piezoelectric shunt damping is studied using resonant shunt circuit and negative capacitor shunt circuit. A resonant shunt circuit is implemented by using a resistor and inductor. Negative Capacitor shunt damping is similar in nature to resonant shunt damping techniques, as a single piezoelectric material is used to dampen multi-mode. Performance of both methods is experimentally studied for noise reduction. This is based upon SAE J1400 test method and a transmission loss measurement system is provided for it. This paper will present the test setup fer transmission loss measurement and the tuning procedure of shunt circuits. Finally the results of sound transmission tests will be shown.
Wang, Zhi Hao;Xu, Yan Wei;Gao, Hui;Chen, Zheng Qing;Xu, Kai;Zhao, Shun Bo
Smart Structures and Systems
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v.23
no.6
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pp.627-639
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2019
Passive control may not provide enough damping for a stay cable since the control devices are often restricted to a low location level. In order to enhance control performance of conventional passive dampers, a new type of damper integrated with a rotary electromagnetic damper providing variable damping force and a flywheel serving as an inertial mass, called the rotary electromagnetic inertial mass damper (REIMD), is presented for suppressing the cable vibrations in this paper. The mechanical model of the REIMD is theoretically derived according to generation mechanisms of the damping force and the inertial force, and further validated by performance tests. General dynamic characteristics of an idealized taut cable with a REIMD installed close to the cable end are theoretically investigated, and parametric analysis are then conducted to investigate the effects of inertial mass and damping coefficient on vibration control performance. Finally, vibration control tests on a scaled cable model with a REIMD are performed to further verify mitigation performance through the first two modal additional damping ratios of the cable. Both the theoretical and experimental results show that control performance of the cable with the REIMD are much better than those of conventional passive viscous dampers, which mainly attributes to the increment of the damper displacement due to the inertial mass induced negative stiffness effects of the REIMD. Moreover, it is concluded that both inertial mass and damping coefficient of an optimum REIMD will decrease with the increase of the mode order of the cable, and oversize inertial mass may lead to negative effect on the control performance.
A long-time behavior of global solutions for a dispersive-dissipative equation with time-dependent damping terms is investigated under null Dirichlet boundary condition. By virtue of an appropriate new Lyapunov function and the Lojasiewicz-Simon inequality, we show that any global bounded solution converges to a steady state and get the rate of convergence as well, when damping coefficients are integrally positive and positive-negative, respectively. Moreover, under the assumptions on on-off or sign-changing damping, we derive an asymptotic stability of solutions.
The radiation of water waves by a heaving truncated circular cylinder with damping plate is solved in the frame of the three-dimensional linear potential theory. The damping plate has a distinct advantage in reducing the motion response of a floating circular cylinder by increasing the added mass and the damping coefficient. Using the matched eigenfunction expansion method, the characteristics of hydrodynamic added mass and the damping coefficient are investigated with various system parameters, such as the radius and submergence depth of the damping plate. It is found that both added mass and the damping coefficient are significantly increased due to the arranged features of the larger damping plate with shallow submergence, which are positive factors as a motion reduction device of the floating offshore platform. Also the numerical results for an oscillating submerged disk show that the added mass is negative and that the damping coefficient has a peak value at resonant frequency when submergence depth is sufficiently small.
The numerical analysis of the negative pressure porous gas bearings is presented. The pressure distribution is calculated using the finite difference method. The Reynolds equation and Darcy's equation are solved simultaneously. The air bearing stiffness and damping are evaluated using the perturbation method. Rectangular uniform grid is employed to model the bearing. The vacuum preloading is considered. The pressure in the vacuum pocket is assumed to be a constant negative pressure. The total load, stiffness, damping and flow rate are calculated fur several geometrical configurations and several values of negative pressure. It is found that too large vacuum pocket can result in negative total force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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