The conventional optics and near field optics are compared numerically in the view points of the spot size and propagation characteristics. The decaying characteristics of near field light require the optics to access the object within several tens of nanometers. Therefore the gap control is one of the main issues in the near field optics area. In this paper the gap control is done by using the shear force of the NF(Near Field) probe and the characteristics are examined. The probe is modeled as a 2'nd order mass-spring-damper system driven by a harmonic force. The primary cause of the decrease in vibration amplitude is due to the damping force - shear force - between the surface and the probe. Using the model, damping constant and resonance frequency of the probe is calculated as a function of probe-sample distance. Detecting the amplitude and phase shift of the NF probe attached to the high Q-factor piezoelectric tuning fork, we can control the position of the NF probe about 0 to 50nm above the sample. The feedback signal to regulate the probe-sample distance can be used independently for surface topography imaging. 3-D view of the shear force image of a testing sample with the period of $1{\mu}m$ will be shown.
본 논문에서는 건설구조물의 스마트 제어를 위해 오리피스 구간의 갭(gap) 조건을 달리한 2개의 준능동 MR 감쇠기를 개발하고, 동하중 실험을 통해 갭 조건에 따른 감쇠성능을 비교 평가하였다. 여기서, MR 감쇠기는 그 특성상 재료적 및 기계적인 다양한 변수들로 인해 그 감쇠성능이 크게 좌우될 수 있으나, 특히 MR 감쇠기의 오리피스 구간에 대한 갭 크기의 영향은 MR감쇠장치의 설계 시 핵심적인 요소 중에 하나이다. 따라서 본 논문에서는 오리피스 구간의 갭 조건을 1.0mm와 2.0mm로 각각 설계하였으며, 인가전류 조건을 달리한 동하중 실험을 통해 발생 감쇠력을 획득하였다. 이들 획득결과는 힘-변위 이력곡선과 힘-전류 관계곡선으로부터 최대 최소 감쇠력 및 동적범위로 분석 평가되었다. 이상의 결과로부터, 갭의 조건에 따른 MR감쇠장치의 감쇠성능 변화를 규명하였으며, 본 연구에서 개발된 2개의 MR 감쇠기는 인가전류셑 및 코일 권선수 등의 추가핵심설계요소를 효과적으로 고려함으로써 건설구조물의 스마트 제어를 위해 유용하게 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
This paper presents a novel method for the transient of eddy currents in the dampers of a super-conducting synchronous generator(SCG). The method proposes a 2-D corrected model which takes into account the influence of leakage fluxes of the field winding ends by increasing the effective air gap in order to consider the high precision of the analysis for the conventional 2-D model. The electromagnetic fields for the corrected model are analyzed by the time-stepping finite element method, thus the eddy currents in the dampers and electro-motive forces(EMF) in the stator windings are calculated. As the results, it is proved the presented method is comparatively accurate by comparing measured phase EMF values and the simulation ones, where about 6.4% error at the maximum value of EMF is occurred between them.
A semi-active suspension is an automotive technology that controls the vertical movement of the vehicle while the car is driving. The system therefore virtually eliminates body roll and pitch variation in many driving situations including cornering, accelerating, and braking. This technology allows car manufacturers to achieve a higher degree of both ride quality and car handling by keeping the tires perpendicular to the road in corners, allowing for much higher levels of grip and control. An onboard computer detects body movement from sensors located throughout the vehicle and, using data calculated by opportune control techniques, controls the action of the suspension. Semi-active systems can change the viscous damping coefficient of the shock absorber, and do not add energy to the suspension system. Though limited in their intervention (for example, the control force can never have different direction than that of the current speed of the suspension), semi-active suspensions are less expensive to design and consume far less energy. In recent time, the research in semi-active suspensions has continued to advance with respect to their capabilities, narrowing the gap between semi-active and fully active suspension systems. In this paper we are studied the characteristics of vehicle movement during the field test with conventional and semi-active suspension system.
Wind and earthquake loads may cause strong vibrations in large-span cable-stayed bridges, leading to the inability of the bridge to operate normally. An improved Pounding Tuned Mass Damper (PTMD) system was designed to improve the safety of the large-span cable-stayed bridge. The vibration control effect of the improved PTMD system on the large-span cablestayed bridge under the combined action of earthquake-wind-traffic was studied. Furthermore, the impact of different parameters on the vibration suppression performance of the improved PTMD system was analyzed. The numerical results indicate that the PTMD system is very effective in suppressing the displacements of the bridge caused by both the traffic-wind coupling and traffic-earthquake coupling. Moreover, the number, mass ratio, pounding stiffness, and gap values have a significant influence on the vibration suppression performance of the improved PTMD system. When the number of PTMD is increased from 3 to 9, the vibration reduction ratio of the vertical displacement is increased from 25.39% to 48.05%. As the mass ratio changes from 0.5% to 2%, the vibration reduction ratio increases significantly from 22.23% to 53.30%.
Smart materials, such as magnetorheological (MR) fluid, have received considerable research attention in recent years due to their unique capabilities. MR fluid, which possesses a magnetic field controllable viscosity, has been extensively studied for vehicular applications with the aim of synthesizing optimal MR fluids, designing optimal MR dampers, and developing control strategies. However, a comprehensive study that primarily focuses on developing a cost-effective semi-active suspension system for a commercial vehicle in a developing nation is still lacking. This study addresses this gap by synthesizing an in-house MR fluid and studying its rheological properties. Subsequently, a novel single-sensor-based controller is developed and closed-loop simulations are conducted on a quarter-car semi-active model. Finally, the overall semi-active quarter-car suspension system is experimentally tested using a suspension test rig. The performance of the proposed system in terms of ride comfort and road holding is evaluated and is compared with simple control strategies. The dynamic range of the developed semi-active MR damper is found to be around 2.3, indicating a significant MR effect. The results suggest an intermediate response using the proposed acceleration-driven controller (ADV) at lower frequencies and similar performance to that of the skyhook controller at higher frequencies. The cost-effective methodology proposed in this study is effective and can be adapted for other semi-active engineering applications.
To explore the application of traditional tuned mass dampers (TMDs) to the earthquake induced vibration control problem, a pounding tuned mass damper (PTMD) is proposed by adding a viscoelastic limitation to the traditional TMD. In the proposed PTMD, the vibration energy can be further dissipated through the impact between the attached mass and the viscoelastic layer. More energy dissipation modes can guarantee better control effectiveness under a suite of excitations. To further reduce mass ratio and enhance the implementation of the PTMD control, multiple PTMDs (MPTMD) control is then presented. After the experimental validation of the proposed improved Hertz based pounding model, the basic equations of the MPTMD controlled system are obtained. Numerical simulation is conducted on the benchmark model of the Canton Tower. The control effectiveness of the PTMD and the MPTMD is analyzed and compared under different earthquake inputs. The sensitivity and the optimization of the design parameters are also investigated. It is demonstrated that PTMDs have better control efficiency over the traditional TMDs, especially under more severe excitation. The control performance can be further improved with MPTMD control. The robustness can be enhanced while the attached mass for each PTMD can be greatly reduced. It is also demonstrated through the simulation that a non-uniformly distributed MPTMD has better control performance than the uniformly distributed one. Parameter study is carried out for both the PTMD and the MPTMD systems. Finally, the optimization of the design parameters, including mass ratio, initial gap value, and number of PTMD in the MPTMD system, is performed for control improvement.
To mitigate vibrations, tuned mass dampers(TMD) are widely used for long span bridges or high-rise buildings. Due to some durability concerns, such as fluid degradation, oil leakage, etc., the alternative solutions, such as the non-contacted eddy current damping (ECD), are proposed for mechanical devices in small scales. In the present study, a new eddy current damping TMD (ECD-TMD) is proposed and developed for large scale civil infrastructure applications. Starting from parametric study on finite element analysis of the ECD-TMD, the new design is enhanced via using the permanent magnets to eliminate the power need and a combination of a copper plate and a steel plate to improve the energy dissipation efficiency. Additional special design includes installation of two permanent magnets at the same side above the copper plate to easily adjust the gap as well as the damping. In a case study, the proposed ECD-TMD is demonstrated in the application of a steel arch bridge to mitigate the wind-induced vibrations of the flexible hangers. After a brief introduction of the configuration and the installation process for the damper, the mitigation effects are measured for the ambient vibration and forced vibration scenarios. The results show that the damping ratios increase to 3% for the weak axis after the installation of the ECD-TMDs and the maximum vibration amplitudes can be reduced by 60%.
The latest earthquake's costly repairs and economic disruption were brought on by excessive residual drift. Self-centering systems are one of the most efficient ways in the current generation of seismic resistance system to get rid of and reduce residual drift. The mechanics and behavior of the self-centering system in response to seismic forces were impacted by a number of important factors. The amount of post-tensioning (PT) force, which is often employed for the standing posture after an earthquake, is the first important component. The energy dissipater element is another one that has a significant impact on how the self-centering system behaves. Using the damper as a replaceable and affordable tool and fuse in self-centering frames has been recommended to boost energy absorption and dampening of structural systems during earthquakes. In this research, the self-centering steel moment frame connections are equipped with cushion flexural dampers (CFDs) as an energy dissipator system to increase energy absorption, post-yielding stiffness, and ease replacement after an earthquake. Also, it has been carefully considered how to reduce permanent deformations in the self-centering steel moment frames exposed to seismic loads while maintaining adequate stiffness, strength, and ductility. After confirming the FE model's findings with an earlier experimental PT connection, the behavior of the self-centering connection using CFD has been surveyed in this study. The FE modeling takes into account strands preloading as well as geometric and material nonlinearities. In addition to contact and sliding phenomena, gap opening and closing actions are included in the models. According to the findings, self-centering moment-resisting frames (SF-MRF) combined with CFD enhance post-yielding stiffness and energy absorption with the least amount of permeant deformation in a certain CFD thickness. The obtained findings demonstrate that the effective energy dissipation ratio (β), is increased to 0.25% while also lowering the residual drift to less than 0.5%. Also, this enhancement in the self-centering connection with CFD's seismic performance was attained with a respectable moment capacity to beam plastic moment capacity ratio.
MR Fluid, one of functional fluids, is developed for the application to automobile products. MR CDC damper using MR fluid has following principles. When ar electric current is applied to the solenoid, apparent viscosity of MR fluid passing through the annular gap which acts as magnetic circuits varies directly as the intensity of the current. These devices have a simple structure and excellent lime response characteristics, emerging as the alternatives of the conventional semi-active suspension systems. In this study, a design procedure of the magnetic circuit through the solenoid fore and the flux ring functioning as a magnetic path is investigated so as to optimize the design and performance of MR CDC dampers for the vehicles. In addition, an operating point on the B-H curve, the magnetization according to the variation in the annular gap, the pole piece width and the density of MR fluid are studied to design the optimal piston head within the restrained dimension range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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