• Wind and Structures
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• 제22권2호
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• pp.185-209
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• 2016

Across-wind aerodynamic damping ratios are identified from the wind-induced acceleration responses of 15 aeroelastic models of rectangular super-high-rise buildings in various simulated wind conditions by using the random decrement technique. The influences of amplitude-dependent structural damping ratio and natural frequency on the estimation of the aerodynamic damping ratio are discussed and the identifying method for aerodynamic damping is improved at first. Based on these works, effects of turbulence intensity $I_u$, aspect ratio H/B, and side ratio B/D on the across-wind aerodynamic damping ratio are investigated. The results indicate that turbulence intensity and side ratio are the most important factors that affect across-wind aerodynamic damping ratio, whereas aspect ratio indirectly affects the aerodynamic damping ratio by changing the response amplitude. Furthermore, empirical aerodynamic damping functions are proposed to estimate aerodynamic damping ratios at low and high reduced speeds for rectangular super-high-rise buildings with an aspect ratio in the range of 5 to 10, a side ratio of 1/3 to 3, and turbulence intensity varying from 1.7% to 25%.

• Wind and Structures
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• 제38권2호
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• pp.119-128
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• 2024

The aerodynamic damping is an essential factor that can considerably affect the dynamic response of the cable-stayed bridge induced by crosswind load. However, developing an accurate and efficient aerodynamic damping model is crucial for evaluating the crosswind load-induced response on cable-stayed bridges. Therefore, this study proposes a new method for identifying aerodynamic damping of the bridge structures under crosswind load using an extended Kalman filter (EKF) and the particle filter (PF) algorithm. The EKF algorithm is introduced to capture the aerodynamic damping ratio. PF technique is used to select the optimal spectral representation of the noise. The effectiveness and accuracy of the proposed solution were investigated through full-scale vibration measurement data of the crosswind-induced on the bridge's girder. The results show that the proposed solution can generate an efficient and robust estimation. The errors between the target and extracted values are around 0.01mm and 0.003^o, respectively, for the vertical and torsional motion. The relationship between the amplitude and the aerodynamic damping ratio is linear for small reduced wind velocity and nonlinear with the increasing value of the reduced wind velocity. Finally, the results show the influence of the level of noise.

• Wind and Structures
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• 제8권5호
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• pp.309-324
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• 2005

Aerodynamic damping often plays an important role in estimations of wind induced dynamic responses of super high-rise buildings. Across- and along-wind aerodynamic damping ratios of a square super high-rise building with a height of 300 m are identified with the Random Decrement technique (RDT) from random vibration responses of the SDOF aeroelastic model in simulated wind fields. Parametric studies on effects of reduced wind velocity, terrain type and structural damping ratio on the aerodynamic damping ratios are further performed. Finally formulas of across- and along-wind aerodynamic damping ratios of the square super high-rise building are derived with curve fitting technique and accuracy of the formulas is verified.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2A호
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• pp.89-96
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• 2011

감쇠비는 현수교에 있어서 교량진동을 평가하기 위한 중요한 동적 요소 중 하나이다. 하지만, 실재 현수교에서 계측된 상시 진동신호로부터 감쇠비를 직접적으로 추정하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이다. 뿐만 아니라, 한정된 계측자료를 이용하여 추정된 감쇠비로부터 공기역학적 감쇠와 마찰 감쇠를 구분하는 것은 더욱 어렵다. Macdonald는 2005년 발표한 자료에서 공기역학적 감쇠성능은 풍속에 따라 선형적으로 증가한다고 하였으며, Park등은 감쇠성능은 진동의 크기에 따라 변화할 수 있다고 하였다. 따라서 본 논문에서는 이러한 감쇠비, 풍속, 진동의 크기 사이의 관계를 연구하여, 추정 감쇠비로부터 공기역학적 감쇠와 마찰 감쇠를 구분하고자 하였다. 본 논문에서 감쇠비 추정대상으로는 전라남도 고흥에 위치한 소록대교를 선택하였으며, 감쇠비 추정에는 Hilbert 변환법을 이용한 방법과 확장형 칼만필터를 이용하였다. 또한 두 방법으로 추정된 감쇠비들을 상호 비교를 실시하였다. 그 결과, 상시진동 자료와 차량재하실험으로부터 얻어진 자료를 이용하여 추정된 감쇠비와 풍속, 그리고 가속도의 크기를 이용하여 추정 감쇠비로부터 공기역학적 감쇠 성능과 마찰 감쇠 성능의 구분이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.9-17
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• 2017

본 연구에서는 변위 및 가속도 응답의 저감 효과에 있어서, 유리한 형상인 $180^{\circ}$ 나선형(Helical $180^{\circ}$) 초고층건물을 대상으로 공력진동실험 수행하여 나선형 초고층건물의 공력감쇠율의 특성을 조사하였다. 공력감쇠율은 RD법(Random decrement technique)을 이용하여 평가하였다. 또한 RD법에서 부분 샘플의 개수와 초기 조건 값의 변화가 공력감쇠율에 어떤 영향을 미치는지 조사하였다. 실험 결과, 최소 2000개 이상의 부분 샘플을 이용하여 앙상블 평균을 적용하면 공력감쇠율의 불규칙한 변동의 폭을 줄일 수 있음을 검증했고, 기존 연구들과도 잘 부합되는 것을 알 수 있었다. 정방형 모형과 $180^{\circ}$ 나선형 모형의 공력감쇠율의 결과를 살펴보면, 풍방향 공력감쇠율은 건물의 형상이 다름에도 불구하고 무차원 풍속에 따른 공력감쇠율은 매우 유사한 경향을 보였다. 한편, 정방형 모형에 대한 풍직각방향의 공력감쇠율은 $180^{\circ}$ 나선형모형의 공력감쇠율의 특성과는 다른 양상을 보이는 것을 알 수 있었다. 특히 풍향 변화에 따른 $180^{\circ}$ 나선형 모형의 Y방향에 대한 공력감쇠율은 풍향의 변화와 상관없이, 전반적으로 0에 가까운 값을 갖는 경향이 나타났고, 무차원 풍속의 증가와 함께 변동의 폭은 작지만 점진적으로 증가하는 경향을 보였다. 초기 조건 값의 변화에 따른 공력감쇠율을 평가한 결과, 초기 조건 값을 "응답의 표준편차" 또는 RD 함수에 대한 최적화 "${\sqrt{2}}{\times}$응답의 표준 편차"를 적용하여 평가한 공력감쇠율은 매우 유사한 결과 값과 분포를 보이는 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.95-103
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• 2016

본 논문에서는 변위응답 및 가속도 응답의 저감 효과에 있어서, 유리한 형상인 $180^{\circ}$ 나선형(Helical $180^{\circ}$) 초고층건물을 대상으로 풍진동실험을 수행하여 나선형 초고층건물의 공력불안정 진동 특성 및 공력감쇠 특성을 조사하였고, 정방형 초고층건물의 결과와 비교분석 하였다. 본 연구에서의 공력감쇠율은 RD법(random decrement technique)을 이용하여 평가하였다. RD법에 의해 평가된 공력감쇠율은 기존문헌 및 준정상가정이론 결과와 비교 검증하였다. 실험결과, 공력진동 실험결과 $180^{\circ}$ 나선형모형의 풍직각방향에 대한 공력불안정 진동은 발생하지 않는 것이 확인되었다. 정방형과 $180^{\circ}$ 나선형 형상에 대한 공력감쇠율을 살펴보면, X방향에 대한 공력감쇠율은 무차원 풍속이 증가와 비례하여 점진적으로 증가하는 경향이 나타났다. 반면, Y방향에 대한 공력감쇠율은 정방형모형과 매우 다른 양상이 나타나는 것을 알 수 있었다.

• Wind and Structures
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• 제12권5호
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• pp.413-424
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• 2009

A series of wind tunnel free-decay sectional model dynamic tests were conducted to examine the effects of torsional-to-vertical natural frequency ratio of 2DOF bridge dynamic systems on the aerodynamic and dynamic properties of bridge decks. The natural frequency ratios tested were around 2.2:1 and 1.2:1 respectively, with the fundamental vertical natural frequency of the system held constant for all the tests. Three 2.9 m long twin-deck bridge sectional models, with a zero, 16% (intermediate gap) and 35% (large gap) gap-to-width ratio, respectively, were tested to determine whether the effects of frequency ratio are dependent on bridge deck cross-section shapes. The results of wind tunnel tests suggest that for the model with a zero gap-width, a model to approximate a thin flat plate, the flutter derivatives, and consequently the aerodynamic forces, are relatively independent of the torsional-to-vertical frequency ratio for a relatively large range of reduced wind velocities, while for the models with an intermediate gap-width (around 16%) and a large gap-width (around 35%), some of the flutter derivatives, and therefore the aerodynamic forces, are evidently dependent on the frequency ratio for most of the tested reduced velocities. A comparison of the modal damping ratios also suggests that the torsional damping ratio is much more sensitive to the frequency ratio, especially for the two models with nonzero gap (16% and 35% gap-width). The test results clearly show that the effects of the frequency ratio on the flutter derivatives and the aerodynamic forces were dependent on the aerodynamic cross-section shape of the bridge deck.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제8권1호
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• pp.21-31
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• 2007

Relaxed Static Stability (RSS) concept has been applied to improve aerodynamic performance of modern version supersonic jet fighter aircraft. The T-50 advanced supersonic trainer employs the RSS concept in order to improve the aerodynamic performance. And the flight control system stabilizes the unstable aircraft and provides adequate handling qualities. The T-50 longitudinal control laws employ a proportional-plus-integral type controller based on a dynamic inversion method. The longitudinal dynamic modes consist of short period with high frequency and phugoid mode with low frequency. The design goal of longitudinal control law is optimization of short period damping ratio and frequency using Lower Order Equivalent System (LOES) complying the requirement of MIL-F-8785C. This paper addresses phugoid mode characteristics such as damping ratio and natural frequency that is affected by the nonlinear control laws such as angle of attack limiter, auto pitch attitude command system and autopilot of pitch attitude hold.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6A호
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• pp.1013-1022
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• 2006

본질적으로 두 개의 I형 거더를 가진 사장교는 공기역학적으로 불리한 특성을 가지고 있음에도 불구하고 경제적으로 유리하기 때문에 최근 우리나라에서 많이 건설되고 있다. 본 논문에서는 두 개의 I형 거더를 가지는 사장교의 실제 조건 하에서의 공기역학적 특성을 평가하기 위하여 영각, 난류강도, 감쇠비를 변화시켜가면서 단면모형실험을 수행하였다. 비틀림 강성이 다른 두 개의 상부 단면 형식이 시공단계 및 완공 후에 대하여 각각 조사되었고 교량의 공기역학적 특성을 향상시키기 위하여 3가지 형식의 페어링이 고려되었다. 연구결과, 전통적인 등류에서의 단면모형실험은 다소 비관적으로 공기역학적 거동을 평가하고 있으며 교량의 바람에 의한 응답은 난류강도와 구조감쇠비에 따라 현저하게 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제시된 페어링은 와류진동 및 버페팅 진동을 감소시켰으며 또한, 플러터의 발생속도도 증가시켰다. 본 연구결과는 두 개의 I형 거더를 가지는 사장교의 내풍설계를 위한 많은 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• Wind and Structures
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• 제25권1호
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• pp.1-24
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• 2017

This paper presents a 1:25 multi-freedom aero-elastic model for a high lighting pole at the Zhoushan stadium. To validate the similarity characteristics of the model, a free vibration test was performed before the formal test. Beat phenomenon was found and eliminated by synthesis of vibration in the X and Y directions, and the damping ratio of the model was identified by the free decay method. The dynamic characteristics of the model were examined and compared with the real structure; the similarity results were favorable. From the test results, the major along-wind dynamic response was the first vibration component. The along-wind wind vibration coefficient was calculated by the China code and Eurocode. When the peak factor equaled 3.5, the coefficient calculated by the China code was close to the experimental result while Eurocode had a slight overestimation of the coefficient. The wind vibration coefficient during typhoon flow was analyzed, and a magnification factor was suggested in typhoon-prone areas. By analyzing the power spectrum of the dynamic cross-wind base shear force, it was found that a second-order vortex-excited resonance existed. The cross-wind response in the test was smaller than Eurocode estimation. The aerodynamic damping ratio was calculated by random decrement technique and the results showed that aerodynamic damping ratios were mostly positive at the design wind speed, which means that the wind-induced galloping phenomenon is predicted not to occur at design wind speeds.