For the vibration control of earthquake-excited buildings, an optimal design method of integrated control system considering soil-structure interaction is studied in this paper. Interaction between soils and the base of the building is simply modeled as lumped parameters and equations of motion are derived. The equations of motion are transformed into the state space equations and the probabilistic excitations such as Kanai-Tajumi power spectral density function is introduced. Then an optimization problem is formulated as finding hybrid or integrated control systems which minimizes the stochastic responses of the building structure for given constraints. In order to investigate the feasibility of the optimization method, an example design and numerical simulations are performed with tenstory building. Finally, numerical results are compared with a conventional design case that soil-structure interaction is not considered.
A hybrid control system is presented for seismic-resistant building structures with and without soil-structure interaction (SSI). The hybrid control is a damper-actuator-bracing control system composed of passive and active controllers. An intelligent algorithm is developed for the hybrid system, in which the passive damper is designed for minor and moderate earthquakes and the active control is designed to activate when the structural response is greater than a given threshold quantity. Thus, the external energy for active controller can be optimally utilized. In the control of a multistory building, the controller placement is determined by evaluating the optimal location index (OLI) calculated from six earthquake sources. In the study, the soil-structure interaction is considered both in frequency domain and time domain analyses. It is found that the interaction can significantly affect the control effectiveness. In the hybrid control algorithm with intelligent strategy, the working stages of passive and active controllers can be different for a building with and without considering SSI. Thus SSI is essential to be included in predicting the response history of a controlled structure.
The seismic analysis of structures without applying the effects of soil can undermine functional objectives of structure so that it can affect all the desired purposes at the design and control stages of the structure. In this research, employing OpenSees and MATLAB software simultaneously and developing a definite three-dimensional finite element model of a high-rise concrete structure, designed using performance-based plastic design approach, the performance of Tuned Mass Damper (TMD) and Active Mass Damper (AMD) is both examined and compared. Moreover some less noted aspects such as nonlinear interaction of soil and structure, uplift, nonlinear behavior of structure and structural torsion have received more attention. For this purpose, the analysis of time history on the structural model has been performed under 22 far-field accelerogram records. Examining a full range of all structural seismic responses, including lateral displacement, acceleration, inter-story drift, lost plastic energy, number of plastic hinges, story shear force and uplift. The results indicate that TMD performs better than AMD except for lateral displacement and inter-story drift to control other structural responses. Because on the one hand, nonlinear structural parameters and soil-structure interaction have been added and on the other hand, the restriction on the control force applied that leads up to saturation phenomenon in the active control system affect the performance of AMD. Moreover, the control force applied by structural control system has created undesirable acceleration and shear force in the structure.
Pressure-flow control characteristics of a commercially available cerebrospinal flow(CSF) control shunt valve was studied using flow/structure interaction analyses. Pre-stress of the valve diaphragm(membrane) was accounted for the simulation of an actual valve. The present results were in good agreement with the valve specification listed in the commercially available CSF control valve. The flow/structure interaction analysis of the present study can be effectively used to design a variety of CSF control shunt valves.
Recently, the various performances of vehicle are rapidly improved. Therefore tire noise is recognized as important noise source because vehicle noise is considerably reduced. This study is performed for the control of the cavity resonance noise that is structure-borne noise, due to fluid(air)-structure interaction. For this investigation, FRF analysis has been carried out using FEM and we found an important factor affecting cavity resonance. The effect of this factor is confirmed by objective noise test. We confirmed that the result of FRF analysis and objective noise test is that the structure control of tire sidewall can reduce cavity resonance noise due to fluid-structure interaction
Wang, Kainan;Alaluf, David;Mokrani, Bilal;Preumont, Andre
Smart Structures and Systems
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제21권6호
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pp.777-791
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2018
This paper discusses the shape control of deformable mirrors for Adaptive Optics in the dynamic range. The phenomenon of control-structure interaction appears when the mirror becomes large, lowering the natural frequencies $f_i$, and the control bandwidth $f_c$ increases to improve the performance, so that the condition $f_c{\ll}f_i$ is no longer satisfied. In this case, the control system tends to amplify the response of the flexible modes and the system may become unstable. The main parameters controlling the phenomenon are the frequency ratio $f_c/f_i$ and the structural damping ${\zeta}$. Robustness tests are developed which allow to evaluate a lower bound of the stability margin. Various passive and active strategies for damping augmentation are proposed and tested in simulation.
A direct output feedback control scheme was recently proposed by the authors for single-story building structures resting on flexible soil body. In this paper, the control scheme is extended to mitigate the seismic responses of multi-story buildings. Soil-structure interaction is taken into account in two parts: input at the soil-structure interface/foundation and control algorithm. The former reflects the effect on ground motions and is monitored in real time with accelerometers at foundation. The latter includes the effect on the dynamic characteristics of structures, which is formulated by modifying the classical linear quadratic regulator based on the fundamental mode shape of the soil-structure system. Numerical result on the study of a $\frac{1}{4}$-scale three-story structure, supported by a viscoelastic half-space of soil mass, have demonstrated that the proposed algorithm is robust and very effective in suppressing the earthquake-induced vibration in building structures even supported on a flexible soil mass. Parametric studies are performed to understand how soil damping and flexibility affect the effectiveness of active tendon control. The selection of weighting matrix and effect of soil property uncertainty are investigated in detail for practical applications.
We present new efficient interaction measures which can be used for control operability analysis and Control Structure selection in decentralized control systems. These measures can indicate not only the stability of decentralized control systems but also the true closed-loop Performance of the decentralized control structure. Relationships between published measures and proposed ones are clarified. Some important characteristics of these. measures are rigorously analyzed. The significance and the usefulness of the proposed method have been illustrated through examples found in the literature.
Ulusoy, Serdar;Bekdas, Gebrail;Nigdeli, Sinan Melih
Structural Engineering and Mechanics
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제75권2호
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pp.175-191
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2020
In this study, multi-story structures are actively controlled using metaheuristic algorithms. The soil conditions such as dense, normal and soft soil are considered under near-fault ground motions consisting of two types of impulsive motions called directivity effect (fault normal component) and the flint step (fault parallel component). In the active tendon-controlled structure, Proportional-Integral-Derivative (PID) type controller optimized by the proposed algorithms was used to achieve a control signal and to produce a corresponding control force. As the novelty of the study, the parameters of PID controller were determined by different metaheuristic algorithms to find the best one for seismic structures. These algorithms are flower pollination algorithm (FPA), teaching learning based optimization (TLBO) and Jaya Algorithm (JA). Furthermore, since the influence of time delay on the structural responses is an important issue for active control systems, it should be considered in the optimization process and time domain analyses. The proposed method was applied for a 15-story structural model and the feasible results were found by limiting the maximum control force for the near-fault records defined in FEMA P-695. Finally, it was determined that the active control using metaheuristic algorithms optimally reduced the structural responses and can be applied for the buildings with the soil-structure interaction (SSI).
"Interactivity refers to the possibility of an audience actively participating in the control of an artwork or representation." Andy Cameron, Dissimulations Interaction can be described as a way or function that improves the participation of audiences/viewers to being immersed into the medium itself. Until now, however, in terms of interactive cinema, interaction has not shown a sufficient participation for audiences. Specifically, audiences/viewers described that the structure of storytelling has failed to satisfy their requirements, in order to participate in the structure of storytelling. The aim of the research itself, therefore, began to ask and wonder why audiences/viewers criticised the participation which audiences/viewers are able to control storytelling, in interactive cinema, could not satisfied them in order to control and follow a storyline of interaction. In general idea, in interactive cinema, the function which allows audiences/viewers to be immersed into the storylines, must allow the immediacies of interaction. Audiences/viewers must therefore be able to satisfy the general idea of interactive cinema through controlling the directions of every choice offered. They must also be able to be immersed in the interactive storylines. Which of the prime causes can be improved or re-considered, to satisfy the participation requirements of audiences/viewers? The intention of this research also began to investigate a suitable method of storytelling within a narrative structure of interactive medium (interactive cinema). Through questioning the matter (it will be described in a later chapter), this research will be focused on the relationship between narrative structured interaction and audiences/viewers, which is of prime importance in relation to interaction. To further the research, Pilot study (experiment with the basic interactive narrative structure) was offered in order to understand and maintain a suitable method of storytelling within a narrative structure of interactive cinema and it also was explored to understand how the aim of the research would be maintained for further qualitative research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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