• Earthquakes and Structures
• /
• 제11권6호
• /
• pp.943-966
• /
• 2016

Recently, magnetorheological elastomer (MRE) material and its devices have been developed and attracted a good deal of attention for their potentials in vibration control. Among them, a highly adaptive base isolator based on MRE was designed, fabricated and tested for real-time adaptive control of base isolated structures against a suite of earthquakes. To perfectly take advantage of this new device, an accurate and robust model should be built to characterize its nonlinearity and hysteresis for its application in structural control. This paper first proposes a novel hysteresis model, in which a nonlinear hyperbolic sine function spring is used to portray the strain stiffening phenomenon and a Voigt component is incorporated in parallel to describe the solid-material behaviours. Then the fruit fly optimization algorithm (FFOA) is employed for model parameter identification using testing data of shear force, displacement and velocity obtained from different loading conditions. The relationships between model parameters and applied current are also explored to obtain a current-dependent generalized model for the control application. Based on the proposed model of MRE base isolator, a second-order sliding mode controller is designed and applied to the device to provide a real-time feedback control of smart structures. The performance of the proposed technique is evaluated in simulation through utilizing a three-storey benchmark building model under four benchmark earthquake excitations. The results verify the effectiveness of the proposed current-dependent model and corresponding controller for semi-active control of MRE base isolator incorporated smart structures.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제34권2호
• /
• pp.377-387
• /
• 2014

본 연구는 지진에 대한 구조물의 손상을 최소화 하기 위하여 슬립 저항력을 활용한 새로운 형태의 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 설계와 개발을 주로 다루고자 한다. 가새 부재 내에서 전단력에 의한 마찰 거동으로 상당량의 에너지를 수동적으로 소산하기 위하여 플레이트 전단 이음부 위에 슬롯 형태의 볼트 구멍을 설치한다. 여기에 전단 마찰 거동으로 인해 발생되는 잔류변형을 줄이고자 상온에서 원형복원이 가능한 초탄성 형상합금 와이어를 꼬아서 만든 연선을 설치하여 댐퍼 시스템 내에 복원성을 증진 시켰다. 기존에 주로 사용된 수동적인 변위 제어 장치와 비교하여 본 연구에서 다루고자 하는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템은 중심 가새 프레임 구조물에 손쉽게 설치하여 지진발생 후에 구조물에 발생하는 층간 잔류변위를 최소화하여 유지 보수에 소모되는 비용의 대폭적인 절감을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼형 가새 시스템의 역학적인 거동 메커니즘을 살펴보고 실험값으로 보정되어 신뢰성을 확보한 스프링 모델을 사용하여 해석을 실시하였다. 시스템에 다양한 설계 변수를 적용하여 복원성과 에너지 소산 능력 측면에서 제안된 댐퍼의 성능 동향을 분석을 하고 최적의 설계 방식을 제안하고자 한다. 마지막으로 자동복원이 가능한 마찰 댐퍼를 중심 가새 프레임 구조물에 설치하여 비선형 동적 해석을 실시하고 기존의 시스템과 비교하여 성능적인 우수성을 입증하고자 한다.