For further development of passive control systems to dissipate larger seismic energy and prevent the structures from earthquake losses, this paper proposes an innovative two-level control system to improve behavior of chevron braced steel frames. Combining two Knee Braces, KB, and a Vertical Link Beam, VLB, in a chevron braced frame, this system can reliably sustain main shock and aftershocks in steel structures. The performance of this two-level system is examined through a finite element analysis and quasi-static cyclic loading test. The cyclic performances of VLB and KBs alone in chevron braced frames are compared with that of the presented two-level control system. The results show appropriate performance of the proposed system in terms of ductility and energy dissipation in two different excitation levels. The maximum load capacity of the presented system is about 30% and 17% higher than those of the chevron braced frames with KB and VLB alone, respectively. In addition, the maximum energy dissipation of the proposed system is about 78% and 150% higher than those of chevron braced frames with VLB and KB respectively under two separate levels of lateral forces caused by different probable seismic excitations. Finally, high performance under different earthquake levels with competitive cost and quick installation work for the control system can be found as main advantages of the presented system.
The stability of engineered barriers in high-level radioactive waste disposal systems can be influenced by the decay heat generated by the waste. This study focuses on the thermal analysis of various canister designs to effectively lower the maximum temperature of the engineered barrier. A numerical model was developed and employed to investigate the heat dissipation potential of copper rings placed across the buffer. Various canister designs incorporating copper rings were presented, and numerical analysis was performed to identify the design with the most significant temperature reduction effect. The results confirmed that the temperature of the buffer material was effectively lowered with an increase in the number of copper rings penetrating the buffer. Parametric studies were also conducted to analyze the impact of technical gaps, copper thickness, and collar height on the temperature reduction. The numerical model revealed that the presence of gaps between the components of the engineered barrier significantly increased the buffer temperature. Furthermore, the reduction in buffer temperature varied depending on the location of the gap and collar. The methods proposed in this study for reducing the buffer temperature hold promise for contributing to cost reduction in radioactive waste disposal.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.10
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pp.830-836
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2012
An efficient cooling system is essential for the electronic packaging such as a high-luminance LED lighting. A special heat transport technology, Pulsating Heat Pipe (PHP), can be applied to the cooling of LED lighting. In this paper, the operational characteristics of the PHP in the imposed thermal boundary conditions of LED lighting were experimentally investigated. The experimental PHP was made of copper tubes of internal diameter of 2.1 mm. The working fluids of ethanol, FC-72, water, acetone and R-123 were chosen for comparison. The results showed that an optimum range of charging ratio exists for high cooling performance; 50% for most of the fluids. Among the five working fluids, water showed the highest heat transfer rate of 260 W. Two distinguished characteristics of pulsating direction were identified. It is also identified that high vapor pressure gradient is one of key parameters for better heat transfer performance.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.3
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pp.277-283
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2006
A recently proposed method for stabilizing haptic interfaces and teleoperation systems was tested with a 'PHANToM' commercial haptic device. The 'Passivity Observer' (PO) and 'Passivity Control1er' (PC) stabilization method was applied to stabilize the system but also excited a high frequency mode in the device. To solve this problem, we propose a method to use a timevarying desired energy threshold instead of fixed zero energy threshold for the PO, and make the actual energy input follow the timevarying energy threshold. With the time-varying energy threshold, we make the PC control action smooth without sudden impulsive behavior by distributing the dissipation. The proposed new PO/PC approach is applied to PHANToM with high stiffness (K = 5000N/m), and stable and smooth contact is guaranteed. Resetting and active environment display problems also can be solved with the reference energy following idea.
Ductility capacity is comprehensively studied for steel moment-resisting frames. Local, story and global ductility are being considered. An appropriate measure of global ductility is suggested. A time domain nonlinear seismic response algorithm is used to evaluate several definitions of ductility. It is observed that for one-story structures, resembling a single degree of freedom (SDOF) system, all definitions of global ductility seem to give reasonable values. However, for complex structures it may give unreasonable values. It indicates that using SDOF systems to estimate the ductility capacity may be a very crude approximation. For multi degree of freedom (MDOF) systems some definitions may not be appropriate, even though they are used in the profession. Results also indicate that the structural global ductility of 4, commonly used for moment-resisting steel frames, cannot be justified based on this study. The ductility of MDOF structural systems and the corresponding equivalent SDOF systems is studied. The global ductility values are very different for the two representations. The ductility reduction factor $F_{\mu}$ is also estimated. For a given frame, the values of the $F_{\mu}$ parameter significantly vary from one earthquake to another, even though the maximum deformation in terms of the interstory displacement is roughly the same for all earthquakes. This is because the $F_{\mu}$ values depend on the amount of dissipated energy, which in turn depends on the plastic mechanism, formed in the frames as well as on the loading, unloading and reloading process at plastic hinges. Based on the results of this study, the Newmark and Hall procedure to relate the ductility reduction factor and the ductility parameter cannot be justified. The reason for this is that SDOF systems were used to model real frames in these studies. Higher mode effects were neglected and energy dissipation was not explicitly considered. In addition, it is not possible to observe the formation of a collapse mechanism in the equivalent SDOF systems. Therefore, the ductility parameter and the force reduction factor should be estimated by using the MDOF representation.
Han, Sang Whan;Kim, Ji Yeong;Moon, Ki Hoon;Lee, Chang Seok;Kim, Hyung Joon;Lee, Kang Seok
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.3
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pp.133-140
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2014
The friction damper can be used for improving the seismic resistance of existing buildings. The damper is often installed in bracing members. The energy dissipation capacity of the damping systems depends on the type of the structure, the configuration of the bracing members, and the property of dampers. In Korea, there are numerous low- to mid-rise reinforced concrete moment frames that were constructed considering only gravity loads. Those frames may be vulnerable for future earthquakes. To resolve the problem, this study developed a toggle bracing system with a high density friction damper. To investigate the improvement of reinforced concrete frames after retrofit using the developed damped system, experimental tests were conducted on frame specimens with and without the damped system. The results showed that the maximum strength, initial stiffness and energy dissipation capacity of the framed with the damped system were much larger than those of the frame without the damped system.
Shad, Hossein;Adnan, Azlan bin;Vafaei, Mohammadreza;Behbahani, Hamid Pesaran;Oladimeji, Abdulkareem M.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.1
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pp.37-51
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2018
Tuned Liquid Dampers (TLDs) have gained wide acceptance as a system for structural control and energy dissipation. However, they face limitation caused by low damping in deep water, which affects their efficiency. Another problem with deep water TLDs is that not all water depth participates in energy dissipation. This paper investigated the effect of upper mounted baffles on the effectiveness of TLDs. The Vertical Blockage Ratio (VBR) of baffles ranged from 10% - 90%. The TLD (with and without baffle), structure, and combined structure with TLD (with and without baffles) were subjected to free and harmonic forced vibrations. Results indicated that baffles could significantly enhance the energy dissipation of TLDs, thus reducing structural responses more than structures equipped with ordinary TLDs. It was found that, there was an optimum value of VBR in which the TLD's efficiency was maximized. When TLD had an appropriate VBR, the structural acceleration and displacement responses were suppressed significantly up to 51% and 56%, respectively.
Sloshing behavior of liquid within containers represents one of the most fundamental fluid-structure interactions. Liquid in partially filled tanks tends to slosh when subjected to external disturbances. Sloshing is a vicious resonant fluid motion in a moving tank. To understand the effect of baffle positioned at L/3 and 2L/3 location, a shake table experiments was conducted for different fill volumes of aspect ratio 0.163, 0.325 and 0.488. For a fixed amplitude of 7.5 mm, the excitation frequencies are varied between 0.457 Hz to 1.976 Hz. Wave probes have been located at both tank ends to capture the surface elevation. The experimental parameters such as sloshing oscillation and energy dissipation are discussed here. Comparison is done for with baffles and without baffles conditions. For both conditions, the results showed that aspect ratio of 0.163 gives better surface elevation and energy dissipation than obtained for aspect ratio 0.325 and 0.488. Good agreement is observed when numerical analysis is compared with the experiments results.
We theoretically consider a possible influence of periodic oceanic tides on non-periodic changes in the dynamics of the Earth and Moon over a long time scale. A particular emphasis will be placed on the contribution from rotating tidal waves, which rotate along the inner edge of an oceanic basin surrounded by topographic boundary. We formulate the angular momentum and the mechanical energy of the rotating tidal wave in terms of celestial parameters with regard to the Earth and Moon. The obtained formula are used to discuss how the energy dissipation in the rotating tidal wave should be relevant to the secular variation in the Earth's spin rotation and the Earth-Moon distance. We also discuss the applicability of the formula to general oceanic binary planets subject to tidal coupling.
Heresi, Pablo;Herrera, Ricardo A.;Moroni, Maria O.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.5
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pp.883-900
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2014
Shape memory alloys (SMA) can dissipate energy through hysteresis cycles without significant residual deformation. This paper describes the fabrication and testing of copper-based SMA hourglass-shaped plates for use in energy dissipation devices and the development of a numerical model to reproduce the experiments. The plates were tested under cyclic flexural deformations, showing stable hysteresis cycles without strength degradation. A detailed nonlinear numerical model was developed and validated with the experimental data, using as input the constitutive relationship for the material determined from cyclic tests of material coupons under tension loading. The model adequately reproduces the experimental results. The study is focused on the exploitation of SMA in the martensite phase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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