A magnetorheological (MR) fluid is a smart material whose rheological behavior can be controlled by varying the parameters of the applied magnetic field. Because the damping force and shear force of an MR fluid can be controlled using a magnetic field, it is widely employed in many industrial applications, such as in vehicle vibration control, powertrains, high-precision grinding processes, valves, and seals. However, the characteristics of friction caused by iron particles inside the MR fluid need to be understood and improved so that it can be used in practical applications. Surface process technologies such as polytetrafluoroethylene (PTFE) coatings and diamond-like carbon (DLC) coatings are widely used to improve the surface friction properties. This study examines the friction characteristics of an MR fluid with different surface process technologies such as PTFE coatings and DLC coatings, by using a reciprocating friction tester. The coefficients of friction are in the following descending order: MR fluid without any coating, MR fluid with a DLC coating, and MR fluid with a PTFE coating. Scanning electron microscopy is used to observe the worn surfaces before and after the experiment. In addition, energy dispersive X-ray spectroscopy is used to analyze the chemical composition of the worn surface. Through a comparison of the results, the friction characteristics of the MR fluid based on the different coating technologies are analyzed.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.23-28
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1997
The phase diagram for the surfactant mixture system of N-dodecanocyl-N-methyl amido polyolcarboxyl alkyl ether(DGC)/N-dodecanocyl-N-alkyl glucamine(DG)/water was studied usingpolarized microscopy, differential scanning calorimetry(DSC) and rheological measurements respectively. Using polarized microscopy, the textures of liquid crystal phases obtained at various surfactantconcentrations were investigated as a function of surfactant concentration and temperature, and phasetransitions between anisotropic liquid crystal phases and isotropic liquid phase were examined usingDSC measurements. Viscoelastic properties of surfactant solutions determined between hexagonal andlamellar liquid crystal phase by rheological measurements were approximately consistent with the resultsobtained by polarized microscopy and DSC. In the study for the phase of DGC/DG(5:5 mol ratio)/water system. It could be found that the hexagonal liquid crystal phase appeared at 25${\sim}$60wt% ofsurfactant, the cubic liquid crystal phase at 50${\sim}$65wt% and the lamellar crystal phase at above 70wt%.
To control the stochastic vibration of a vibration-sensitive instrument supported on a beam, the beam is designed as a sandwich structure with magneto-rheological visco-elastomer (MRVE) core. The MRVE has dynamic properties such as stiffness and damping adjustable by applied magnetic fields. To achieve better vibration control effectiveness, the optimal bounded parametric control for the MRVE sandwich beam with supported mass under stochastic and deterministic support motion excitations is proposed, and the stochastic and shock vibration suppression capability of the optimally controlled beam with multi-mode coupling is studied. The dynamic behavior of MRVE core is described by the visco-elastic Kelvin-Voigt model with a controllable parameter dependent on applied magnetic fields, and the parameter is considered as an active bounded control. The partial differential equations for horizontal and vertical coupling motions of the sandwich beam are obtained and converted into the multi-mode coupling vibration equations with the bounded nonlinear parametric control according to the Galerkin method. The vibration equations and corresponding performance index construct the optimal bounded parametric control problem. Then the dynamical programming equation for the control problem is derived based on the dynamical programming principle. The optimal bounded parametric control law is obtained by solving the programming equation with the bounded control constraint. The controlled vibration responses of the MRVE sandwich beam under stochastic and shock excitations are obtained by substituting the optimal bounded control into the vibration equations and solving them. The further remarkable vibration suppression capability of the optimal bounded control compared with the passive control and the influence of the control parameters on the stochastic vibration suppression effectiveness are illustrated with numerical results. The proposed optimal bounded parametric control strategy is applicable to smart visco-elastic composite structures under deterministic and stochastic excitations for improving vibration control effectiveness.
Fat reduction in the formulation of cheese emulsion causes problems in its flowability and functional characteristics during spray-dried cheese powder production. In order to eliminate these problems, the potential of using microparticulated whey protein (MWP) in cheese emulsions was examined in this study. Reduced-fat white-brined cheese emulsions (RF) with different dry-matters (DM) (15%, 20%, and 25% excluding emulsifying salt) were produced using various MWP concentrations (0%-20% based on cheese DM of emulsion). Their key characteristics were compared to full-fat cheese emulsion (FF). MWP addition had no influence on prevention of the phase separation observed in the instable group (RF 15). The most notable effect of using MWP was a reduction in apparent viscosity of RF which significantly increased by fat reduction. Moreover, increasing the amount of MWP led to a decrease in the values of consistency index and an increase in the values of flow behavior index. On the other hand, using high amounts of MWP made the emulsion more liquid-like compared to full-fat counterpart. MWP utilization also resulted in similar lightness and yellowness parameters in RF as their full-fat counterparts. MWP in RF increased glossiness and flowability scores, while decreased mouth coating scores in sensory analyses. Fat reduction caused a more compact network, while a porous structure similar to FF was observed with MWP addition to RF. In conclusion, MWP showed a good potential for formulation of reduced-fat cheese emulsions with rheological and sensorial characteristics suitable to be used as the feeding liquid in the spray drying process.
Magneto-rheological fluid (MRF) rotatory dampers are normally used for controlling the constant rotation of machines and engines. In this research, such a device is proposed to act as variable stiffness device to alleviate the rotational oscillation existing in the many engineering applications, such as motor. Under such thought, the main purpose of this work is to characterize the nonlinear torque-angular displacement/angular velocity responses of an MRF based variable stiffness device in oscillatory motion. A rotational hysteresis model, consisting of a rotatory spring, a rotatory viscous damping element and an error function-based hysteresis element, is proposed, which is capable of describing the unique dynamical characteristics of this smart device. To estimate the optimal model parameters, a modified whale optimization algorithm (MWOA) is employed on the captured experimental data of torque, angular displacement and angular velocity under various excitation conditions. In MWOA, a nonlinear algorithm parameter updating mechanism is adopted to replace the traditional linear one, enhancing the global search ability initially and the local search ability at the later stage of the algorithm evolution. Additionally, the immune operation is introduced in the whale individual selection, improving the identification accuracy of solution. Finally, the dynamic testing results are used to validate the performance of the proposed model and the effectiveness of the proposed optimization algorithm.
Control algorithms are the most important aspects in successful control of structures against earthquakes. In recent years, intelligent control methods rather than classical control methods have been more considered by researchers, due to some specific capabilities such as handling nonlinear and complex systems, adaptability, and robustness to errors and uncertainties. However, due to lack of learning ability of fuzzy controller, it is used in combination with a genetic algorithm, which in turn suffers from some problems like premature convergence around an incorrect target. Therefore in this research, the introduction and design of the Fuzzy Cooperative Coevolution (Fuzzy CoCo) controller and Adaptive Neural-Fuzzy Inference System (ANFIS) have been innovatively presented for semi-active seismic control. In this research, in order to improve the seismic behavior of structures, a semi-active control of building using Magneto Rheological (MR) damper is proposed to determine input voltage of Magneto Rheological (MR) dampers using ANFIS and Fuzzy CoCo. Genetic Algorithm (GA) is used to optimize the performance of controllers. In this paper, the design of controllers is based on the reduction of the Park-Ang damage index. In order to assess the effectiveness of the designed control system, its function is numerically studied on a 9-story benchmark building, and is compared to those of a Wavelet Neural Network (WNN), fuzzy logic controller optimized by genetic algorithm (GAFLC), Linear Quadratic Gaussian (LQG) and Clipped Optimal Control (COC) systems in terms of seismic performance. The results showed desirable performance of the ANFIS and Fuzzy CoCo controllers in considerably reducing the structure responses under different earthquakes; for instance ANFIS and Fuzzy CoCo controllers showed respectively 38 and 46% reductions in peak inter-story drift ($J_1$) compared to the LQG controller; 30 and 39% reductions in $J_1$ compared to the COC controller and 3 and 16% reductions in $J_1$ compared to the GAFLC controller. When compared to other controllers, one can conclude that Fuzzy CoCo controller performs better.
To analyze the flow and density variations in debris flows, a two-phase finite volume model simplified with momentum equations was constructed in this study. The Hershel-Buckley rheology model was employed in this model to account for the internal and basal friction of debris flows and was utilized to analyze complex topography and entrainments of basal soil beds. In order to numerically solve the debris flow analysis model, a finite volume model with the Harten-Lax-van Leer-Contact method was used to solve the conservation equation for the debris flow interface. Case studies of circular dam failure, non-Newtonian fluid dam failure, and multiple debris flows were analyzed using the proposed model to evaluate shock absorption capacity, numerical isotropy, model accuracy, and mass conservation. The numerical stability and correctness of the debris flow analysis of this analysis model were proven by the analysis results. Additionally, the rate of debris flow with various rheological properties was systematically simulated, and the effect of debris flow rheological properties on behavior was analyzed.
This paper summarizes the design procedure and constructibility of an ECC (Engineered Cementitious Composite), which is a synthetic fiber-reinforced composite produced with the Portland cement-based mortar matrix. This study employs a stepwise method to develop useful ECC in construction field, which possesses different fluid properties to facilitate diverse types of processing (i.e., self-consolidating or spray processing). To control the rheological properties of the composite, the aggregates and reinforcing fibers were initially selected based on micromechanical analysis and steady-state cracking theory. The stability and consequent viscosity of the suspensions were then mediated by optimizing the dosage of the chemical and mineral admixtures. The rheological properties altered through this approach were revealed to be effective in obtaining ECC-hardened properties, represented by pseudo strain-hardening behavior in uniaxial tension, allowing the readily achievement of the desired function of the fresh ECC.
The electrorheological (ER) behavior of suspensions in silicone oil of phosphated cellulose particles (average particle size 17.77 ${\mu}{\textrm}{m}$) was investigated at room temperature with electric fields up to 2.5 KV/mm. In this paper, for development of anhydrous ER suspensions using at wide temperature range, we would like to know fundamental understandings on the ER activity. As a first step, the anhydrous ER suspensions dispersed the phosphated cellulose particles were measured, and not only the electrical characteristics such as dielectric constant, current density and electrical conductivity but also the rheological properties on strength of electric field and quantity of dispersed phase were studied. From the experimental results, the anhydrous ER suspensions dispersed phosphated cellulose particles showed a stable current density and very high performance of ER effect $(\tau/\tau_0=1030)$ on the 2.5 KV/mm and the dynamic yield stress $(\tau_y)$ was in exponential proportion to the strength of electric fields.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.459-466
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2002
In this study magneto-rheological damper, a kind of semi-active device, is used to reduce the response of pier and girder of bridge structure subjected to seismic excitation and as a effective semi-active control method fuzzy control technique considering nonlinear behavior of the damper dynamics. By Numerical simulations of a nine span continuous bridge system subjected to various earthquakes, fuzzy control technique is compared with existing clipped optimal control technique in control performance which reduces displacement of pier and girder simultaneously. In the comparison of the control performance within a control force limit, it is confirmed that presented fuzzy control technique more efficiently reduce the pier and girder displacement than clipped optimal control technique based on optimal control theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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