In this paper, vibration reduction techniques of a voice coil motor (VCM) actuator are presented for AFM imaging system. The damping coefficient of the actuator driven by VCM with a flexure hinge is quite low and it cause the about 30dB peak amplitude response at the resonance frequency. To decrease this peak response, we design and apply elliptical band-stop filters to xy and z axis VCM actuator. Frequency response of each actuator with filter is measured to verify the effect of the filters. As a sensor, capacitive sensor is used. Vibration reduction rate of the xy actuator with the filter is also measured while real AFM scanning condition. As another method, closed loop control with the capacitive sensor is applied to the xy axis actuator to add an electrical damping effect and vibration reduction rate measured. These vibration reduction rates with each method are compared. In the case of z axis actuator, the frequency response of force (gap) control loop is measured. For comparison, the frequency response using a conventional PID controller is also obtained. Finally, the AFM image of a standard grid sample is measured with the designed controller to analyze the effect in the AFM imaging.
In this work, an optimization method of Friction Tuned Mass Damper (FTMD) parameters is presented. Friction tuned mass dampers (FTMD) are attached to mechanical structures to reduce their vibrations with dissipating the vibratory energy through friction between both bodies. In order to exploit the performances of FTMD, the determination of the optimum parameters is recommended. However, the presence of Coulomb's friction force requires the resolution of a non-linear stick-slip problem. First, this work aims at determining the responses of the vibratory system. The responses of the main mass and of the FTMD are determined analytically in the sticking and sliding phase using the equivalent damping method. Second, this work aims to optimize the FTMD parameters; the friction coefficient and the tuned frequency. The optimization formulation based on the Ricciardelli and Vickery method at the resonance frequencies, this method is reformulated for a system with a viscous damping. The inverse problem of finding the FTMD parameters given the magnitude of the force and the maximum acceptable displacement of the primary system is also considered; the optimization of parameters leads to conclude on the favorable FTMD giving significant vibration decrease, and to advance design recommendations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.11
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pp.2090-2097
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1992
In this paper, fluttering behavior of mechanical monloleaflet heart valve prosthesis was analyzed taking into consideration of the impact between the valve occluder and the stopper. The motion of valve occluder was modeled as a rotating system, and equations were derived by employing the moment equilibrium conditions. Lift force, drag force, gravity and buoyancy were considered as external forces acting on the valve occluder. The 4th order Runge-Kutta method was used to solve the equations. The results demonstrated that the occluder reaches steady eguilibrium position only after damped vibration. The mean damping ratio is in the range of 0.197-0.301. Fluttering frequency does not have any specific value, but varies as a function of time. It is in the range of 11-84Hz. Valve opening appears to be affected by the orientation of the valve relative to gravitational forces.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.1065-1070
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2006
The beam structure models with an impactor or contact parts under impact forces have teen applied to the design of mechanical and electronic accessories. Switches, hard-disk pick-ups and sensors are typical structural examples of the structure to be designed to colliding with other parts of structures. In this paper, in order to examine the relationships between the changes of the stiffness and damping of the impactor and vibrations of the dynamic characteristics of the impact model of a cantilevered beam with an impactor, impact force of the impactor and response characteristics of the cantilevered beam were analyzed by both numerical simulation and experiment. Since the stiffness and damping of the impactor have high nonlinear characteristics, the contact model using revised Herz-model was established by experiments. Also, the results of numerical analyses for dynamic response and impact force of a cantilevered beam with an impactor have a good agreement with experimental results.
Preumont, Andre;Voltan, Matteo;Sangiovanni, Andrea;Mokrani, Bilal;Alaluf, David
Smart Structures and Systems
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v.18
no.1
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pp.31-52
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2016
The paper first reviews the theory of active tendon control with decentralized Integral Force Feedback (IFF) and collocated displacement actuator and force sensor; a formal proof of the formula giving the maximum achievable damping is provided for the first time. Next, the potential of the control strategy for the control of suspension bridges with active stay cables is evaluated on a numerical model of an existing footbridge; several configurations are investigated where the active cables connect the pylon to the deck or the deck to the catenary. The analysis confirms that it is possible to provide a set of targeted modes with a considerable amount of damping, reaching ${\xi}=15%$. Finally, the control strategy is demonstrated experimentally on a laboratory mock-up equipped with four control stay cables equipped with piezoelectric actuators. The experimental results confirm the excellent performance and robustness of the control system and the very good agreement with the predictions.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.2
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pp.47-54
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1987
Linear and nonlinear hydrodynamic force, which acts on submerged circular and eilliptic cylinders in oscillations as well as in advancing motion, are investigated as an initial-boundary value problem using a numerical method, which makes use of the source distribution on the body surface and the spectral method for treating the free surface waves. In the numerical code developed here, the boundary condition at the body surface is linearized. Using the numerical code so attained, nonlinear effects for different forward speeds and of the large-amplitude motion are computed. One of the major findings is that, when the forward speed is large, the added mass has its minimum and the damping force change rapidly around the frequency corresponding to the speed-frequency parameter, $\tau$=0.25, Compared to the result of Grue's [10], who used linear theory to get abrupt changes in values of the added mass and the damping force at the frequency corresponding to $\tau$=0.25, the present study, which takes nonlinear effects into account, shows much smoother variations near the frequency.
The localized surface-plasmon resonance has drawn great attention, due to its unique optical properties. In this work a general theoretical description of the dipole mode is proposed, using the forced damped harmonic oscillator model of free charges in an ellipsoid. The restoring force and driving force are derived in the quasistatic approximation under general conditions. In this model, metal is regarded as composed of free charges and bound charges. The bound charges form the dielectric background which has a dielectric function. Those free charges undergo a collective motion in the dielectric background under the driving force. The response of free charges will not be included in the dielectric function like the Drude model. The extinction and scattering cross sections as well as the damping coefficient from our model are verified to be consistent with those based on the Drude model. We introduce size effects and modify the restoring and driving forces by adding the dynamic depolarization factor and the radiation damping term to the depolarization factor. This model provides an intuitive physical picture as well as a simple theoretical description of the dipole mode of the localized surface-plasmon resonance based on free-charge collective motion.
Luo, Jijun;Lv, Meng;Hou, Suxia;Nasihatgozar, Mohsen;Behshad, Amir
Advances in nano research
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v.13
no.4
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pp.369-378
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2022
Dynamic study of concrete plates under impact load is presented in this article. The main objective of this work is presenting a mathematical model for the concrete plates under the impact load. The concrete plate is reinforced by carbon nanoparticles which the effective material proprieties are obtained by mixture's rule. Impacts are assumed to occur normally over the top layer of the plate and the interaction between the impactor and the structure is simulated using a new equivalent three-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass-damper (SMD) model. The structure is assumed viscoelastic based on Kelvin-Voigt model. Based on the classical plate theory (CPT), energy method and Hamilton's principle, the motion equations are derived. Applying DQM, the dynamic deflection and contact force of the structure are calculated numerically so that the effects of mass, velocity and height of the impactor, volume percent of nanoparticles, structural damping and geometrical parameters of structure are shown on the dynamic deflection and contact force. Results show that considering structural damping leads to lower dynamic deflection and contact force. In addition, increasing the volume percent of nanoparticles yields to decreases in the deflection.
The aim of this research is to model the behaviour of recently developed high force to volume (HF2V) passive energy dissipation devices using a simple finite element (FE) model. Thus, the end result will be suitable for use in a standard FE code to enable computationally fast and efficient analysis and design. Two models are developed. First, a detailed axial model that models an experimental setup is created to validate the approach versus experimental results. Second, a computationally and geometrically simpler equivalent rotational hinge element model is presented. Both models are created in ABAQUS, a standard nonlinear FE code. The elastic, plastic and damping properties of the elements used to model the HF2V devices are based on results from a series of quasi-static force-displacement loops and velocity based tests of these HF2V devices. Comparison of the FE model results with the experimental results from a half scale steel beam-column sub-assembly are within 10% error. The rotational model matches the output of the more complex and computationally expensive axial element model. The simpler model will allow computationally efficient non-linear analysis of large structures with many degrees of freedom, while the more complex and physically accurate axial model will allow detailed analysis of joint connection architecture. Their high correlation to experimental results helps better guarantee the fidelity of the results of such investigations.
Kim, Wan Ho;Suresh, Kaluvan;Park, Jhin Ha;Choi, Sang Min;Park, Chun-Yong;Kang, Je-Won;Choi, Seung-Bok
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.4
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pp.443-448
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2016
A novel Permanent Magnet based Magneto Rheological (PM-MR) damper is proposed in this paper. The principle of proposed MR damper is achieved by designing a linearly varying magnetization area with-respect to the movable permanent magnetic based piston setup. Nowadays, commercially available MR damper uses electromagnetic coils for generating the variable magnetic fields corresponding to the variable damping force. The amount of magnetic field produced by the electromagnetic coils are depends on the biasing current of voltage source. The key enabling concept of the proposed MR damper is to replace the electromagnetic coils and the voltage sources by utilizing the variable area based permanent magnetic piston setup. The proposed unique design structure of PM-MR damper has an increasing shear mode damping force with the piston movement in both jounce and rebound motion. In this research, analytical model of the proposed structure is derived and the structural design of proposed concept is verified using numerical CAD tool. As a result, the damping force is increase when piston movement in both jounce and rebound motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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