Due to the shift in paradigm from passive control to adaptive control, smart tuned mass dampers (STMDs) have received considerable attention for vibration control in tall buildings and bridges. STMDs are superior to tuned mass dampers (TMDs) in reducing the response of the primary structure. Unlike TMDs, STMDs are capable of accommodating the changes in primary structure properties, due to damage or deterioration, by tuning in real time based on a local feedback. In this paper, a novel adaptive-length pendulum (ALP) damper is developed and experimentally verified. Length of the pendulum is adjusted in real time using a shape memory alloy (SMA) wire actuator. This can be achieved in two ways i) by changing the amount of current in the SMA wire actuator or ii) by changing the effective length of current carrying SMA wire. Using an instantaneous frequency tracking algorithm, the dominant frequency of the structure can be tracked from a local feedback signal, then the length of pendulum is adjusted to match the dominant frequency. Effectiveness of the proposed ALP-STMD mechanism, combined with the STFT frequency tracking control algorithm, is verified experimentally on a prototype two-storey shear frame. It has been observed through experimental studies that the ALP-STMD absorbs most of the input energy associated in the vicinity of tuned frequency of the pendulum damper. The reduction of storey displacements up to 80 % when subjected to forced excitation (harmonic and chirp-signal) and a faster decay rate during free vibration is observed in the experiments.
In this paper, the buckling, and free vibration analysis of tapered functionally graded carbon nanotube reinforced composite (FG-CNTRC) micro Reddy beam under longitudinal magnetic field using finite element method (FEM) is investigated. It is noted that the material properties of matrix is considered as Poly methyl methacrylate (PMMA). Using Hamilton's principle, the governing equations of motion are derived by applying a modified strain gradient theory and the rule of mixture approach for micro-composite beam. Micro-composite beam are subjected to longitudinal magnetic field. Then, using the FEM, the critical buckling load, and natural frequency of micro-composite Reddy beam is solved. Also, the influences of various parameters including ${\alpha}$ and ${\beta}$ (the constant coefficients to control the thickness), three material length scale parameters, aspect ratio, different boundary conditions, and various distributions of CNT such as uniform distribution (UD), unsymmetrical functionally graded distribution of CNT (USFG) and symmetrically linear distribution of CNT (SFG) on the critical buckling load and non-dimensional natural frequency are obtained. It can be seen that the non-dimensional natural frequency and critical buckling load decreases with increasing of ${\beta}$ for UD, USFG and SFG micro-composite beam and vice versa for ${\alpha}$. Also, it is shown that at the specified value of ${\alpha}$ and ${\beta}$, the dimensionless natural frequency and critical buckling load for SGT beam is more than for the other state. Moreover, it can be observed from the results that employing magnetic field in longitudinal direction of the micro-composite beam increases the natural frequency and critical buckling load. On the other hands, by increasing the imposed magnetic field significantly increases the stability of the system that can behave as an actuator.
Du, Mengjie;Liu, Jun;Ye, Wenbin;Yang, Fan;Lin, Gao
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.2
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pp.179-194
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2022
The bending, buckling and free vibration responses of functionally graded material (FGM) beams are investigated semi-analytically by the scaled boundary finite element method (SBFEM) in this paper. In the concepts of the SBFEM, the dimension of computational domain can be reduced by one, therefore only the axial dimension of the beam is discretized using the higher order spectral element, which reduces the amount of calculation and greatly improves the calculation efficiency. The governing equation of FGM beams is derived in detail by the means of the principle of virtual work. Compared with the higher-order beam theory, fewer parameters and simpler control equations are used. And the governing equation is transformed into a first-order ordinary differential equation by introducing intermediate variables. Analytical solutions of the governing equation can be obtained by pade series expansion in the direction of thickness. Numerical example are compared with the numerical solutions provided by the previous researchers to verify the accuracy and applicability of the proposed method. The results show that the proposed formulations can quickly converge to the reference solutions by increasing the order of higher order spectral elements, and high accuracy can be achieved by using a small number of the elements. In addition, the influence of the structural sizes, material properties and boundary conditions on the mechanical behaviors of FG beams subjected to different load types is discussed.
Vortex-induced vibration of three circular cylinders (each of diameter D) in an equilateral triangular arrangement is investigated using the immersed boundary method. The cylinders, with one placed upstream and the other two side-by-side downstream, are free to vibrate in the cross-flow direction. The cylinder center-to-center spacing L is adopted as L/D = 2.0. Other parameters include the Reynolds number Re = 100, mass ratio $m^*=2.0$, reduced velocity $U_r=2{\sim}15$ and damping ratio ${\zeta}=0$. Cylinder vibration responses are dependent on $U_r$ and classified into five regimes, i.e. Regime I ($U_r{\leq}3.2$), Regime II ($3.2<U_r{\leq}5.0$), Regime III ($5.0<U_r{\leq}6.4$), Regime IV ($6.4<U_r{\leq}9.2$) and Regime V ($U_r>9.2$). Different facets of vibration amplitude, hydrodynamic forces, wake patterns and displacement spectra are extracted and presented in detail for each regime.
In this paper, an adaptive fuzzy sliding mode controller (AFSMC) is designed to reduce dynamic responses of seismically excited structures. In the conventional sliding mode control (SMC), direct implementation of switching-type control law leads to chattering phenomenon which may excite unmodeled high frequency dynamics and may cause vibration in control force. Attenuation of chattering and its harmful effects are done by using fuzzy controller to approximate discontinuous part of the sliding mode control law. In order to prevent time-consuming obtaining of membership functions and reduce complexity of the fuzzy rule bases, adaptive law based on Lyapunov function is designed. To demonstrate the performance of AFSMC method and to compare with that of SMC and fuzzy control, a linear three-story scaled building is investigated for numerical simulation based on the proposed method. The results indicate satisfactory performance of the proposed method superior to those of SMC and fuzzy control.
Large Eddy Simulation (LES) is used to study the effects of steady slot suction on the aerodynamic forces of and flow around a wall-mounted finite-length square cylinder. The aspect ratio H/d of the tested cylinder is 5, where H and d are the cylinder height and width, respectively. The Reynolds number based on free-stream oncoming flow velocity U∞ and d is 2.78×104. The suction slot locates near the leading edge of the free end, with a width of 0.025d and a length of 0.9d. The suction coefficient Q (= Us/U∞) is varied as Q = 0, 1 and 3, where Us is the velocity at the entrance of the suction slot. It is found that the free-end steady slot suction can effectively suppress the aerodynamic forces of the model. The maximum reduction of aerodynamic forces occurs at Q = 1, with the time-mean drag, fluctuating drag, and fluctuating lift reduced by 3.75%, 19.08%, 40.91%, respectively. For Q = 3, all aerodynamic forces are still smaller than those for Q = 0 (uncontrolled case), but obviously higher than those for Q = 1. The involved control mechanism is successfully revealed, based on the comparison of the flow around cylinder free end and the near wake for the three tested Q values.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.3
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pp.60-66
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2006
The purpose of this paper is to evaluate potential application of Lightweight Piezo-composite Actuator (LIPCA) to suppress vibrations of structures. The LIPCA, consisting of a piezoelectric layer, a carbon/epoxy layer and glass/epoxy layers, has advantages in terms of high performance, durability and reliability, compared to the bare piezoelectric ceramic (PZT) actuator. We performed two kinds of experiments on static actuation and active vibration suppression to investigate the actuation performances of the LIPCA and the bare PZT. We attached the actuator on one side and a strain gage on the other side of an aluminum beam. In the static actuation test, we evaluated the performance by comparing equivalent actuation moments of the LIPCA and the bare PZT due to the applied voltage. In the active vibration control test, control signals were generated to suppress the vibration of the beam by the PID control algorithm based on the measured strain signals. The performances were estimated based on settling times of the strain responses. It can be concluded that the LIPCA has better actuation performances than the bare PZT in active control of free vibration as well as static actuation.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.5
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pp.714-719
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2012
In this paper, the polishing force monitoring and the control method were implemented for the polishing machine with the airbag tool. Airbag tool has been known to be adaptable to the curvature variation such as the aspherical and the free-form surface. However, it was necessary to control the tool movement of vertical axis also because of the table rotational wobble and vibration. To solve it by the polishing force control, we installed another stepping motor to the z-axis. And the polishing force was measured with the load cell and controlled by the PID Labview controller. A few hundreds gram of the polishing force were well controlled under 0.8 second of the response time and 5% variation. An experiment was done to clean the edge burrs of the micro channel structure of width $87{\mu}m$ using the polishing force control.
Shad, Hossein;Adnan, Azlan bin;Vafaei, Mohammadreza;Behbahani, Hamid Pesaran;Oladimeji, Abdulkareem M.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.1
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pp.37-51
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2018
Tuned Liquid Dampers (TLDs) have gained wide acceptance as a system for structural control and energy dissipation. However, they face limitation caused by low damping in deep water, which affects their efficiency. Another problem with deep water TLDs is that not all water depth participates in energy dissipation. This paper investigated the effect of upper mounted baffles on the effectiveness of TLDs. The Vertical Blockage Ratio (VBR) of baffles ranged from 10% - 90%. The TLD (with and without baffle), structure, and combined structure with TLD (with and without baffles) were subjected to free and harmonic forced vibrations. Results indicated that baffles could significantly enhance the energy dissipation of TLDs, thus reducing structural responses more than structures equipped with ordinary TLDs. It was found that, there was an optimum value of VBR in which the TLD's efficiency was maximized. When TLD had an appropriate VBR, the structural acceleration and displacement responses were suppressed significantly up to 51% and 56%, respectively.
Kim, Chan-Jung;Bae, Chul-Yong;Lee, Dong-Won;Kwon, Seong-Jin;Lee, Bong-Hyun;Na, Byung-Chul
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.297-302
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2007
Vibrating test of vehicle component can be possible in lab-based simulators instead of field testing owing to the development of technology in control algorithm as well as computational process. Currently, Multi-Axial Simulation Table(MAST) is recommended as a vibrating equipment, which excites a target component for 3-directional translation and rotation motion simultaneously and hence, vibrational condition can be fully approximated to that of real road test. But, the vibration-free performance of target component is not guaranteed with MAST system, which is only simulator subjective to the operator. Rather, the reliability of multi-axial vibration test is dependent on the quality of input profile which should cover the required severity of vibrating condition on target component. In this paper, multi-axial vibration testing methodology of vehicle component is presented here, from data acquisition of vehicle accelerations to the obtaining the input profile of MAST using severe data at proving ground. To compare the severity of vibration condition, between real road test and proving ground one, energy principle of equivalent damage is proposed to calculate energy matrices of acceleration data and then, it is determined the optimal combination of special events on proving ground which is equivalent to real road test at the aspects of vibration fatigue using sequential searching optimal algorithm. To explain the vibration methodology clearly, seat and door component of vehicle are selected as a example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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