Two active/passive vibration dampers were designed to control a cantilever beam first mode of vibration. The active element was a piezoelectric polymer, polyvinlidene fluoride (PVDF). The passive damping was provided by the application of a viscoelastic layer on the surface of the steel beam. Two substantially different damper configurations were designed and tested. One damper consisted of a piezoelectric actuator bonded to one face of the beam, with a viscoelastic layer applied to the other surface of the beam. The second one was composed of a layer viscoeastic layer with one surface bonded to the beam, and with other being constrained by nine piezoelectric actuators connected in parallel. A control law based on the sign of the angular velocity of the cantilever beam was implemented to control the beam first mode of vibration. The piezoelectric sensor output was digitally differentiated to obtain the transverse linear velocity, and its sign was used in the control algorith. Two dampers provided the system a damping increase of a factor of four for the first damper and three for the second damper. Both dampers were found to work well at low levels of vibration, suggesting that they can be used effectively to prevent resonant vibrations in flexible structure from initiating and building up.
This paper addresses a sliding mode control of vibration in a flexible structure using ER(electro-rheological) dampers. A clamped-clamped flexible structure system supported by two short columns is considered. Three ER dampers to be operated in shear mode are designed on the basis of Bingham model of the arabic gum-based ER fluid, and attached to the flexible beam structure. After deriving the governing equation of motion and associated boundary conditions, a sliding mode controller is formulated to effectively suppress the vibration of the beam structure caused by sinusoidal and random excitations. In the formulation of the controller, parameter variations such as natural frequency deviation are treated to take into account the robustness of control system. The effectiveness of the proposed control system is confirmed by both simulation and experimental results.
Kim, Wan Ho;Hwang, Yong Hoon;Park, Jhin Ha;Shin, Cheol-Soo;Choi, Seung-Bok
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.27
no.1
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pp.65-71
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2017
This work presents a comparative work on the ride comfort of a quarter car suspension system between two different magneto-rheological (MR) dampers; one is conventional type without bypass hole and the other is featured by several bypass holes in the piston. As a first step, two different MR dampers are designed on the basis of the governing equation and manufactured with same geometric dimensions except the bypass holes. After investigating the field-dependent damping properties, two dampers are installed to the quarter car suspension system. The suspension model is then derived and a sky-hook controller is implemented to identify vibration control performance under random road. It is shown that the suspension system with MR damper featured by the bypass holes can provide much better ride quality than the case without the bypass holes. This is validated via experimental implementation.
Kim, Jin-Gu;Seo, Hyun-Su;Kwon, Min-Ho;Lim, Jeong-Hee;Kim, Jin-Sup
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.7
no.1
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pp.32-38
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2016
It has been many efforts for reinforcement of existing structure since the number of earthquake has been increased world widely. Especially the occurrence of earthquake surrounding area of Korean peninsular is dramatically increased. Since the buildings in Korea have not been designed to carry the lateral and shear force caused by earthquake, the building will experience massive damages even under moderate earthquake. For this reason, the viscoelastic damper is proposed in this paper to enhance the earthquake resistance of a steel frame buildings. The viscoelastic dampers have been able to increase the overall damping of the structure significantly, hence improving the overall performance of dynamically sensitive structures. In this paper, Viscoelastic dampers designed are consists of FRP panel and viscoelastic material. In this paper, evaluate the performance of the viscoelastic damper through the experiment.
The effectiveness of tuned mass dampers (TMDs) in reducing the seismic response of civil structures is still a debated issue. The few studies regarding TMDs on inelastic structures indicate that they would perform well under moderate earthquake loading, when the structure remains linear or weakly nonlinear, while tending to fail under severe ground shaking, when the structure experiences strong nonlinearities. TMD seismic efficiency should be therefore rationally assessed by considering to which extent moderate and severe earthquakes respectively contribute to the expected cost of damages and losses over the lifespan of the structure. In this paper, a method for evaluating, in a life-cycle cost (LCC) perspective, the seismic effectiveness of TMDs on inelastic building structures is presented and exemplified on the SAC LA 9-storey steel moment-resisting frame benchmark building. Results show that the LCC concept may provide an appropriate alternative to traditional performance criteria for the evaluation of the effectiveness of TMDs and that TMD installation on typical existing middle-rise buildings in high seismic hazard regions may significantly reduce building lifetime cost despite the poor control performance observed under the most severe seismic events.
Excessive wind-induced motion in tall buildings can cause discomfort, affect health, and disrupt the daily activities of the occupants of a building. Dynamic vibration absorbers such as the tuned mass dampers (TMDs) can be used to reduce the wind-induced motion below a specified tolerable serviceability limit state (SLS) criterion. This study investigates whether the same probability of not exceeding specified wind-induced motion levels can be achieved by torsionally sensitive structures without/with linear/nonlinear TMDs subjected to partially correlated wind forces, if they are designed to just meet the same SLS criterion. For the analyses, different structures and the uncertainty in the response, wind load and perception of motion is considered. Numerical results indicate that for structures that are designed or retrofitted without or with optimum linear TMDs and satisfying the same SLS criterion, their probability of exceeding the considered criterion is very consistent, if the inherent correlation between the wind forces is considered in design. However, this consistency deteriorates if nonlinear TMDs are employed. Furthermore, if the correlation is ignored in the design, in many cases a slightly unconservative design, as compared to the designed by considering correlation, is achieved.
In designing a 300 meter high skyscraper expected to be the tallest building in Japan, an earthquake-ridden country, we launched on the full-scale performance based design to ensure redundancy and establish new specifications using below new techniques. The following new techniques are applied because the existing techniques/materials are not enough to meet the established design criteria for the large-scale, irregularly-shaped building, and earth-conscious material saving and construction streamlining for reconstructing a station building are also required: ${\bullet}$ High strength materials: Concrete filled steel tube ("CFT") columns made of high-strength concrete and steels; ${\bullet}$ New joint system: Combination of outer diaphragm and aluminium spray jointing; ${\bullet}$ Various dampers including corrugated steel-plate walls, rotational friction dampers, oil dampers, and inverted-pendulum adaptive tuned mass damper (ATMD): Installed as appropriate; and ${\bullet}$ Foundation system: Piled raft foundation, soil cement earth-retaining wall construction, and beer bottle shaped high-strength CFT piles.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.2
s.20
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pp.115-121
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2006
In recent years vibration control damper made of low yield point steel is expected to play an important role in controlling structural vibration induced earthquake and wind. But their dynamic characteristics and energy dissipation effects on the whole structure model are not clarified. In this paper, firstly, we presents the results of cyclic tests on low yield steel dampers. Secondly, forced vibration tests on existence three stories steel structure model with low yield point steel dampers are presented. Lastly, it is estimated energy amount which is dissipated through the hysteresis dampers by using two types of analytical models, hysteresis model and equivalent linear model.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.6
no.2
s.20
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pp.61-68
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2006
In this thesis, a full-scale K shape damper test model was constructed in which a passive vibration control system. This passive vibration control system was incorporated with the use of a newly developed turbulent flow damper sealed by viscoelastic material. A series of tests and earthquake observation has been conducted in this test model. The purpose of the present thesis is to investigate the vibration response characteristics of the building and to verify the effectiveness of the vibration control system. By the static loading test, it was recognized that incorporation of the dampers had little influence on static horizontal stiffness of the building. Free vibration tests revealed that the dampers incorporated increased the damping ratio of the building up to 3 times compared with the undamped case. The effectiveness of the developed vibration control system was confirmed based on the excitation tests and earthquake response observation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.111-120
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1993
This paper summarizes an experimental and analytical study on the application of viscoelastic dampers as energy dissipation devices in structural applications. It can be concluded the viscoelastic dampers are effective in reducing excessive vibrations of structures under strong earthquake ground motions. It is also found that the modal strain energy method can be used to reliably predict the equivalent structural damping, and the seismic response of a viscoelastically damped structure can be accurately estimated by conventional modal analysis techniques. Based on the above studies, a design procedure for viscoelastically damped structures is presented. This design procedure fits naturally into the conventional structural design flow chart by including damping ratio as an additional design parameter.
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