Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.2
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pp.13-22
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1998
This paper summarizes a study on the application of the friction pendulum system in bridge seismic isolation. Shaking table tests have been carried out on a model structure isolated with F.P.S and the obtained structural responses are compared to those of non-isolated. It can be concluded the F.P.S increases the earthquake resistance capacity of the isolated structure. It is also found that the stiffness of bearing, being controlled by the radius of curvature of the spherical sliding interface, is unaffected by the amplitude of the input excitation. Furthermore, the coefficient of sliding friction is velocity dependent so that in weak excitation the sliding velocity is low and, accordingly, the mobilized friction force is less than the one mobilized in strong excitation. Also, the frictional properties of the bearings remain markedly stable after extensive testing, and the permanent displacements are small and not cumulative in successive earthquakes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.3
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pp.73-78
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2001
This paper presents sliding mode control(SMC) method using target variation rate of Lyapunov Function. SMC keeps the response of structure in sliding surface where structure is stable. It can design both linear controller and bang-bang controller. Linear control of previous research, however, can not make most of the performance of controller, because it is designed to satisfy the condition that the variation rate of Lyapunov function is minus. Also, in case of bang-bang controller, unnecessary large control force is generated. Presented method can utilize the capacity of controller efficiently by prescribing the target variation rate of Lyapunov function. Numerical simulation results indicate that the presented control methods can reduce the peak response larger than linear control, and it has control performance equivalent to bang-bang control.
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.
In 3D virtual environment the description of character' s movement that has utilized the conventional key-frame technique is gradually being developed toward the application of motion control method to generate more realistic and natural motion. Even the motion control method, however, has the limitation for expression of character's motion adapted to the ground properties of virtual world. That is, the walking motions of character are not only, for the most part, so uniform simple and repeated often as to feel to be tedious, but also the unnatural motion in which the tips of the toes soak through a plane or float in the air discording with the conditions of terrain lowers the semblance of reality. This paper proposes an adaptive motion control method for human figure locomotion in virtual environments or games, in which the walking motion is dynamiccally adapted to the ground's sliding properties. We compute an optimal parameters for one cycle of walking motion adapted to the ground properties by combining the coefficient of friction and centripetal force, and therefrom we induce a set of nonskid speed corresponding to various sliding properties of the ground.
Friction and wear properties of brake friction materials containing different metal fibers (Al, Cu or Steel fibers) were investigated. Based on a simple experimental formulation, friction materials with the same amount of metal fibers were tested using a pad-on-disk type friction tester. Two different materials (gray cast iron and aluminum metal matrix composite (MMC)) were used for disks rubbing against the friction materials. Results front ambient temperature tests revealed that the friction material containing Cu fibers sliding against gray cast iron disk showed a distinct negative $\mu$-v (friction coefficient vs. sliding velocity) relation implying possible stick-slip generation at low speeds. The negative $\mu$- v relation was not observed when the Cu-containing friction materials were rubbed against the Al-MMC counter surface. Elevated temperature tests showed that the friction level and the intensity of friction force oscillation were strongly affected by the thermal conductivity and melting temperature of metallic ingredients of the friction couple. Friction materials slid against cast iron disks exhibited higher friction coefficients than Al-MMC (metal matrix composite) disks during high temperature tests. On the other hand, high temperature test results suggested that copper fibers in the friction material improved fade resistance and that steel fibers were not compatible with Al-MMC disks showing severe material transfer and erratic friction behavior during sliding at elevated temperatures.
The effect of carbon fiber orientation on the tribological properties of carbon fiber/epoxy composites used as a reflecting material for the electromagnetic wave has been investigated. It was found that the carbon fiber/epoxy composite which slides normal to prepreg lay-up direction had less friction and wear that those slides parallel to prepreg fiber lay-up direction due to the increase of delamination between carbon fiber and epoxy. Composite with unidirectional orientation($0/0^{\circ}$) had higher tribological properties than those with multidirectional orientation($0/45/90/-45^{\circ}$ and $0/90^{\circ}$) when the sliding direction was normal to prepreg lay-up direction. This was caused by the debonding between carbon fiber and epoxy which is proportional to contact area between the sliding surface and carbon fiber. Opposite results have been found when the sliding direction was parallel to prepreg lay-up direction due tot he tensile force applied on carbon fiber. In addition, it was shown that wear factor increased with increasing sliding velocity but the friction coefficient did not depend upon the sliding velocity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.63-74
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1999
A sliding mode fuzzy control (SMFC) algorithm is presented for vibration of large structures. Rule-base of the fuzzy inference engine is constructed based on the sliding mode control, which is one of the nonlinear control algorithms. Fuzziness of the controller makes the control system robust against the uncertainties in the system parameters and the input excitation. Non-linearity of the control rule makes the controller more effective than linear controllers. Design procedure based on the present fuzzy control is more convenient than those of the conventional algorithms based on complex mathematical analysis, such as linear quadratic regulator and sliding mode control(SMC). Robustness of presented controller is illustrated by examining the loop transfer function. For verification of the present algorithm, a numerical study is carried out on the benchmark problem initiated by the ASCE Committee on Structural Control. To achieve a high level of realism, various aspects are considered such as actuator-structure interaction, modeling error, sensor noise, actuator time delay, precision of the A/D and D/A converters, magnitude of control force, and order of control model. Performance of the SMFC is examined in comparison with those of other control algorithms such as $H_{mixed 2/{\infty}}$ optimal polynomial control, neural networks control, and SMC, which were reported by other researchers. The results indicate that the present SMFC is an efficient and attractive control method, since the vibration responses of the structure can be reduced very effectively and the design procedure is simple and convenient.
Park, K.S.;Oh, C.W.;Kim, T.W.;Jeong, Hyun-Yong;Kim, Y.H.
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.9
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pp.1399-1409
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2006
An improved friction model was proposed with consideration of the effect of the sliding speed, the contact pressure and the temperature, and it was implemented into a user subroutine of a commercial FEM code, ABAQUS/Explicit. Then, a smooth tire was simulated for free rolling, driving, braking and cornering situations using the improved friction model and the Coulomb friction model, and the effect of the friction models on the slip, the frictional energy distribution and the cornering force and moment was analyzed. For the free rolling, the driving and the braking situations, the improved friction model and the Coulomb friction model resulted in similar profiles of the slip and the frictional energy distributions although the magnitudes were different. The slips obtained from the simulations were in a good correlation with experimental data. For the cornering situation, the Coulomb friction model with the coefficient of friction of 1 or 2 resulted in lower or higher cornering forces and moments than experimental data. In addition, in contrast to experimental data it did not result in a maximum cornering force and a decrease of the cornering moment for the increase of the speed. However, the improved friction model resulted in similar cornering forces and moments to experimental data, and it resulted in a maximum cornering force and a decrease of the cornering moment for the increase of the speed, showing a good correlation with experimental data.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.174-180
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2006
The wheel slip control systems are able to control the braking force more accurately and can be adapted to different vehicles more easily than conventional braking control systems. In order to achieve the superior braking performance through the wheel slip control, real-time information such as the tire braking force at each wheel is required. In addition, the optimal target slip values need to be determined depending on the braking objectives such as minimum braking distance, stability enhancement, etc. In this paper, a wheel slip control system is developed for maintaining the vehicle stability based on the braking monitor, wheel slip controller and optimal target slip assignment algorithm. The braking monitor estimates the tire braking force, lateral tire force and brake disk-pad friction coefficient utilizing the extended Kalman filter. The wheel slip controller is designed based on the sliding mode control method. The target slip assignment algorithm is proposed to maintain the vehicle stability based on the direct yaw moment controller and fuzzy logic. The performance of the proposed wheel slip control system is verified in simulations and demonstrates the effectiveness of the wheel slip control in various road conditions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.1
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pp.1-7
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2010
The paper proposes a multi-body dynamic simulation to numerically evaluate the generated axial force(G.A.F) and plunging resistant force(P.R.F) practically related to the shudder and idling vibration of an automobile. A numerical analysis of two plunging types of CV joints, tripod joint(TJ) and very low axial tripod joint(VTJ), is conducted using the commercial program DAFUL. User-defined subroutines of a friction model illustrating the contacted parts of the outboard and inboard joint are subsequently developed to overcome the numerical instability and improve the solution performance. The Coulomb friction effect is applied to describe the contact models of the lubricated parts in the rolling and sliding mechanisms. The numerical results, in accordance with the joint articulation angle variation, are validated with experimentation. The offset between spider and tulip housing is demonstrated to be the critical role in producing the 3rd order component of the axial force that potentially causes the noise and vibration in vehicle. The VTJ shows an excellent behavior for the shudder when compared with TJ. In addition, a flexible nonlinear contact analysis coupled with rigid multi-body dynamics is also performed to show the dynamic strength characteristics of the rollers, housing, and spider.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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