This paper presents the time response of a mixed vibration system with the viscous damping and the hysteretic damping. There are two ways to derive the time response of such a vibration system. One is an analytical method, using the contour integral of complex functions to compute the inverse Fourier transforms. The other is an approximate method in which the analytic functions derived by Hilbert transform are expressed in the state space representation, and only the effective eigenvalues are used to efficiently compute the transient response. The unit impulse responses of the two methods are compared and the change in the damping properties which depend on the viscous and hysteretic damping values is investigated. The results showed that the damping properties of a mixed damping vibration system do not present themselves as a linear combination of damping properties.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.5
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pp.445-455
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2013
A new linearization model for MR dampers is analyzed. The nonlinear hysteretic damping force model of MR damper can be modeled as a hyperbolic tangent function of currents, positions, and velicities, which is an algebraic function with constant parameters. Model parameters can be identified with numerical method using experimental force-velocity-position data obtained from various operating conditions. The nonlinear hysteretic damping force can be linearized with a given slope of damping coefficient if there exist corresponding currents to compensate for the nonlinearity. The corresponding currents can be calculated from the inverse model when the given linear damping force is set equal to the nonlinear hysteretic damping force. The linearization controller is realized in a DSP controller such that the corresponding currents to satisfy a given damping coefficient should be calculated. Experiments show that the current inputs to the MR damper produce linearized damping force with a given slope of the damping coefficient.
As an alternative to current conventional force-based assessment methods, the energy-based seismic performance of a code-designed 20-storey high-rise steel building is evaluated in this paper. Using 3D nonlinear dynamic time-history method with consideration of additional material damping effect, the influences of different restoring force models and P-${\Delta}/{\delta}$ effects on energy components are investigated. By combining equivalent viscous damping and hysteretic damping ratios of the structure subjected to strong ground motions, a new damping model, which is amplitude-dependent, is discussed in detail. According to the analytical results, all energy components are affected to various extents by P-${\Delta}/{\delta}$ effects and a difference of less than 10% is observed; the energy values of the structure without consideration of P-${\Delta}/{\delta}$ effects are larger, while the restoring force models have a minor effect on seismic input energy with a difference of less than 5%, but they have a certain effect on both viscous damping energy and hysteretic energy with a difference of about 5~15%. The paper shows that the use of the hysteretic energy at its ultimate state as a seismic design parameter has more advantages than seismic input energy since it presents a more stable value. The total damping ratio of a structure consists of viscous damping ratio and hysteretic damping ratio and it is found that the equivalent viscous damping ratio is a constant for the structure, while the equivalent hysteretic damping ratio approximately increases linearly with structural response in elasto-plastic stage.
The purpose of this paper is to investigate the damping behavior of a flexible joint. The slip at a structrual joint is selected at the tips of two identical cantilever beams adjoining each other. Both the direction of normal force and its magnitude varies due to the global deformation of the structure from mode to mode in the friction model. The friction dependent on vibration displacements resultsin the same functional behavior of the hysteretic material damping. Linearized energy loss factors are obtained as functions of both linear and torsional spring stiffness for their groups of symmetric and anti-symmetric modes, respectively. Experimental measurements as made for comparisons with analytical estimations by controlling the magnitude of fastening torque in the fastener, Hi-Lite. Trends on damping levelsmeasured in a very common vibration test method make an excellent agreement on the estimated damping levels.
Kim, Hyeong Gook;Yoshitomi, Shinta;Tsuji, Masaaki;Takewaki, Izuru
Earthquakes and Structures
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v.3
no.6
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pp.821-838
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2012
This paper proposes a new three-layer pillar-type hysteretic damper system for residential houses. The proposed vibration control system has braces, upper and lower frames and a damper unit including hysteretic dampers. The proposed vibration control system supplements the weaknesses of the previously proposed post-tensioning vibration control system in the damping efficiency and cumbersomeness of introducing a post-tension. The structural variables employed in the damper design are the stiffness ratio ${\kappa}$, the ductility ratio ${\mu}_a$, and the ratio ${\beta}$ of the damper's shear force to the maximum resistance. The hysteretic dampers are designed so that they exhibit the targeted damping capacity at a specified response amplitude. Element tests of hysteretic dampers are carried out to examine the mechanical property and to compare its restoring-force characteristic with that of the analytical model. Analytical studies using an equivalent linearization method and time-history response analysis are performed to investigate the damping performance of the proposed vibration control system. Free vibration tests using a full-scale model are conducted in order to verify the damping capacity and reliability of the proposed vibration control system. In this paper, the damping capacity of the proposed system is estimated by the logarithmic decrement method for the response amplitudes. The accuracy of the analytical models is evaluated through the comparison of the test results with those of analytical studies.
This paper investigates the dynamic response of a functionally graded material (FGM) coated half-plane excited by distributed time harmonic loading. Three types of typical distributed surface loads, including uniform load, Hertz load, and square-root singular load, are considered. The mass density and elastic modulus of the FGM coating are supposed to be described by the exponential function. The material damping is modelled by a linearly hysteretic damping which is expressed by a complex modulus in the time harmonic motion. Using Fourier integral transform technique and numerical integral method, the effects of the excitation frequency, gradient index, damping, and load type on the dynamic stresses and displacements are discussed.
For energy-based seismic design, a simplified normalized cumulative hysteretic energy spectrum proposed for obtaining hysteretic energy as energy demand is the main objective in this paper. The dimensionless parameter, ${\beta}_{Eh}$, is presented to express hysteretic energy indirectly. The ${\beta}_{Eh}$ spectrum is constructed directly through subtracting the hysteretic energy of single degree-of-freedom (SDOF) system energy equation. The simplified ${\beta}_{Eh}$ spectral formulation as well as pseudo-acceleration spectrum of modern seismic provisions is developed based on the regression analysis of the large number of seismic responses of SDOF system subjected to earthquake excitations, which considers the influence of earthquake event, soil type, damping ratio, and ductility factor. The relationship between PGV and PGA is established according to the statistical analysis relied on a total of 422 ground motion records. The combination of ${\beta}_{Eh}$ spectrum and PGV/PGA equation allows determining the cumulative hysteretic energy as a main aseismic design indicator.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.1
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pp.45-52
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2023
This study proposes an RCS composite damping device that can achieve seismic reinforcement of existing buildings by dissipating energy by inelastic deformation. A series of experiments assessing the performances of the rubber core pad, hysteretic steel slit damping device, and hybrid RCS damping device were conducted. The results showed that the ratios of the deviations to the mean values satisfied the domestic damping-device conformity condition for the load at maximum device displacement in each direction, at the maximum force and minimum force at zero displacement, as well as the hysteresis curve area. In addition, three analysis models based on load-displacement characteristics were proposed for application to seismic reinforcement design. In addition, the validity of the three proposed models was confirmed, as they simulated the experimental results well. Meanwhile, as the shear deformation of the rubber-core pad increased, the hysteretic behavior of super-elasticity greatly increased the horizontal force of the damping device. Therefore, limiting the allowable displacement during design is deemed to be necessary.
It is well known that the properties of the soil deposits, especially the damping, depend on both frequency and strain amplitude. Therefore it is important to consider both dependencies to calculate the soil response against earthquakes in order to estimate input motions to buildings. However, it has been difficult to calculate the seismic response of the soil considering both dependencies directly. The author has studied the time domain evaluation of the frequency dependent dynamic stiffness, and proposed a simple hysteretic damping model that satisfies the causality condition. In this paper, this model was applied to nonlinear analyses considering the effects of the strain amplitude dependency of the soil. The basic characteristics of the proposed method were studied using a two layered soil model. The response behavior was compared with the conventional model e.g. the Ramberg-Osgood model and the SHAKE model. The characteristics of the proposed model were studied with regard to the effects of element divisions and the frequency dependency that is a key feature of the model. The efficiency of the model was confirmed by these studies.
Damping behavior of various soil models are compared to actual observed soil damping behavior. Several nonlinear soil models were used and evaluated to predict damping behavior of soils. A combined damping model incorporating both nonvisous and hysteretic damping behavior was developed to better approximate soil behavior. The strengths and limitations of this model are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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