The aeroelastic stability of a long-span suspension footbridge with a bluff deck (prototype section) was examined through static and dynamic wind tunnel tests using a 1:10 scale sectional model of the main girder, and the corresponding aerodynamic countermeasures were proposed in order to improve the stability. First, dynamic tests of the prototype sectional model in vertical and torsional motions were carried out at three attack angles (α = 3°, 0°, -3°). The results show that the galloping instability of the sectional model occurs at α = 3° and 0°, an observation that has never been made before. Then, the various aerodynamic countermeasures were examined through the dynamic model tests. It was found that the openings set on the vertical web of the prototype section (web-opening section) mitigate the galloping completely for all three attack angles. Finally, static tests of both the prototype and web-opening sectional models were performed to obtain the aerodynamic coefficients, which were further used to investigate the galloping mechanism by applying the Den Hartog criterion. The total damping of the prototype and web-opening models were obtained with consideration of the structural and aerodynamic damping. The total damping of the prototype model was negative for α = 0° to 7°, with the minimum value being -1.07%, suggesting the occurrence of galloping, while that of the web-opening model was positive for all investigated attack angles of α = -12° to 12°.
High-damping rubber bearings (HDRB) are commonly used as seismic isolation devices to protect civil engineering structures from earthquakes. However, the nonlinear hysteresis characteristics of the HDRB, such as their dependence on material properties and hardening phenomena, make predicting their behavior during earthquakes difficult. This study proposes a hysteretic model that can accurately predicts the behavior of shear deformation considering the nonlinearity when designing the seismic isolation structures using HDR bearings. To model the hysteretic characteristics of the HDR, dynamic loading tests were performed by applying sinusoidal and random waves on scaled-down specimens. The test results show that the nonlinear characteristics of the HDR strongly correlate with the shear strain experienced in the past. Furthermore, when shear deformation occurred above a certain level, the hardening phenomenon, wherein the stiffness increased rapidly, was confirmed. Based on the experimental results, the dynamic characteristics of the HDR, equivalent stiffness, equivalent damping ratio, and strain energy were quantitatively evaluated and analyzed. In this study, an improved bilinear HDR model that can reproduce the dependence on shear deformation and hardening phenomena was developed. Additionally, by proposing an objective parameter-setting procedure based on the experimental results, the model was devised such that similar parameters could be set by anyone. Further, an actual dynamic analysis could be performed by modeling with minimal parameters. The proposed model corresponded with the experimental results and successfully reproduced the mechanical characteristics evaluated from experimental results within an error margin of 10%.
In this paper, a database consisting of the dynamic shear modulus ratio and damping ratio test data of clay obtained from 406 groups of triaxial tests is constructed with the starting area of Xiong'an New Area as the research background. The aim is to study the nonlinear dynamic properties of clay in this area under cyclic loading. The study found that the effective confining pressure and plasticity index have certain influences on the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of clay in this area. Through data analysis, it was found that there was a certain correlation between effective confining pressure and plasticity index and dynamic shear modulus ratio and damping ratio, with fitting degree values greater than 0.1263 for both. However, other physical indices such as the void ratio, natural density, water content and specific gravity have only a small effect on the dynamic shear modulus ratio and the damping ratio, with fitting degree values of less than 0.1 for all of them. This indicates that it is important to consider the influence of effective confining pressure and plasticity index when studying the nonlinear dynamic properties of clays in this area. Based on the above, prediction models for the dynamic shear modulus ratio and damping ratio in this area were constructed separately. The results showed that the model that considered the combined effect of effective confining pressure and plasticity index performed best. The predicted dynamic shear modulus ratio and damping ratio closely matched the actual curves, with approximately 88% of the data falling within ±1.3 times the measured dynamic shear modulus ratio and approximately 85.1% of the data falling within ±1.3 times the measured damping ratio. In contrast, the prediction models that considered only a single influence deviated from the actual values, particularly the model that considered only the plasticity index, which predicted the dynamic shear modulus ratio and the damping ratio within a small distribution range close to the average of the test values. When compared with existing prediction models, it was found that the predicted dynamic shear modulus ratio in this paper was slightly higher, which was due to the overall hardness of the clay in this area, leading to a slightly higher determination of the dynamic shear modulus ratio by the prediction model. Finally, for the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of the engineering site in the starting area of Xiong'an New Area, we confirm that the prediction formulas established in this paper have high reliability and provide the applicable range of the prediction model.
A new identification method for a nonproportional damping matrix using the finite element (FE) model updating technique is proposed. Mass and stiffness matrices of the undamped system are identified by FE model updating method. Sensitivity analysis is used to update the FE model, and zero frequencies are considered as design parameters to supplement the information of vibration characteristics. The nonproportional damping matrix is identified through the proposed method. A numerical example is considered to verify the performance of the proposed method. As a result, the damping matrix of the nonproportional system is estimated accurately.
The aim of this study was to explore the influence of structure coupling effect on structural damping of blade based on the blade vibration characteristic. For this purpose, the scaled blade model of NREL 5 MW offshore wind turbine was processed and employed in the wind tunnel test to validate the reliability of theoretical and numerical models. The attenuation curves of maximum displacement and the varying curves of equivalent damping coefficient of the blade under the rated condition were respectively compared and analyzed by constructing single blade model and whole machine model. The attenuation law of blade dynamic response was obtained and the structure coupling effect was proved to exert a significant influence on the equivalent damping coefficient. The results indicate that the attenuation trend of the maximum displacement response curve of the single blade varies more obviously with the increase of elastic modulus as compared to that under the structure coupling effect. In contrast to the single blade model, the varying curve of equivalent damping coefficient with the period is relatively steep for the whole machine model. The findings are of great significance to guide the structure design and material selection for wind turbine blades.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.14
no.4
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pp.39-46
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2014
In Seoul, total 27 places of foot-bridges were chosen to evaluate the damping ratio through vibration measurement by mobile-phone application. Model vibration test was performed to compare the natural frequency and damping ratio between the conventional accelerometer and mobile-phone application. Measured average damping was compared with the one of Bachmann. The relation between the damping ratio and span was also investigated. Measured average damping ratio was greater than that of Bachmann. It was shown that there is no distinct trend between damping and span.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.8
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pp.651-657
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2003
A new mechanical-electrical hybrid passive damping treatment is proposed to improve the performance of structural vibration control. The proposed hybrid passive damping system consists of a constrained layer damping treatment and a shunt circuit. In a passive mechanical constrained layer damping, a viscoelastic material damping layer is used to control the structural vibration modes in high frequency range. The passive electrical damping is designed for targeting the nitration amplitude in the low frequency range. The governing equations of motion are derived through the Hamilton's principle. The obtained mathematical model Is validated experimentally. The presented theoretical and experimental techniques provide invaluable tools for controlling the multiple modes of a vibrating structure over a wide frequency band.
The dynamic characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of hybrid structure with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as can mass and stiffness. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. A numerical algorithm capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to explore the dynamic response of hybrid tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified model of 2 coupled lumped masses to investigate the effects of subsystems different damping, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and equivalent modal damping; the second approach employs a detailed numerical step-by step integration procedure.
Yuck Rae H.;Lee Dong H.;Choi Hang S.;Jin Young M.;Bang Chang S.
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.197-200
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2002
In this paper, roll damping coefficients for a non-conventional cross section, which is herein named as 'step' model, are investigated numerically and experimentally. Experiments are extensively carried out to estimate the roll damping coefficients. Numerical estimations are also made with the help of numerical codes. For convenience, the roll damping is divided into wave-making component and viscous component. The wave-making component is determined using a potential code and the viscous component using a viscous flow code, in which the fluid domain is taken as unbounded. In order to validate the present approach, a typical cross section with bilge is considered and our results are compared with published data. The comparison shows a good agreement qualitatively. For the step model, numerical results are compared well with experimental data besides some quantitative discrepancies at a certain range of frequency. It is thought that the discrepancy might be caused by the ignorance of the free surface in viscous computations. It is found in the case of the step model that not only the viscous component but also the wave component increases considerably compared to the section with bilge.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.53
no.6
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pp.482-493
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2016
The identification of modal damping of a segmented hull model with torsional response is difficult task due to the coupling of modal response. This is because the 1st and 2nd torsional vibration modes are closely spaced in frequency domain leading to the situation that the modal decomposition is difficult to achieve by simple band-pass filter. Present study applied several different modal decomposition methods to derive the damping ratio of different modes. The modal decomposition methods considered in this study are simple band-pass filter, Hilbert vibration decomposition, Wavelet transform and proper orthogonal decomposition. Coupled free decay signal obtained from the torsional hammering test on a segmented hull model was processed with four different methods and the derived damping ratios were compared with each other. Discussions also have been made on the pros and cons of the different methodologies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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