The uneven distribution of rolling friction coefficient may lead to great uncertainty in the structural seismic isolation performance. This paper attempts to improve the isolation performance of a spring-damper-rolling isolation system by artificially making the uneven friction distribution to be concave. The rolling friction coefficient gradually increases when the isolator rolls away from the original position during an earthquake. After the spring-damper-rolling isolation system under different ground motions was calculated by a numerical analysis method, the system obtained more regular results than that of random uneven friction distributions. Results shows that the concave friction distribution can not only dissipate the earthquake energy, but also change the structural natural period. These functions improve the seismic isolation efficiency of the spring-damper-rolling isolation system in comparison with the random uneven distribution of rolling friction coefficient, and always lead to a relatively acceptable isolation state even if the actual earthquake significantly differs from the design earthquake.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.5
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pp.1169-1181
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1994
Vibration isolation of mechanical systems, in general, is achieved through passive or active vibration isolators. Passive vibration isolator has an inherenrt performance limitation. Whereas, active vibration isolator provides significantly superior vibration-isolation performance at the cost of energy sources and sensors. Recently, in many cases, such as suspension system, precision machinery ... etc, active isolation system outweighs its limitation. Therefore, many studies, researches, and applications are carried out in this field. In this study, vibration-isolation characteristics of an active vibration control system using electromagnetic force actuator are investigated. Several control algorithms including optimal, feedforward are used for active vibration isolation. From the experimental results of each algorithm, effective control algorithms for this active vibration-isolation system are proposed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.2
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pp.124-131
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2002
This paper presents the design of an active vibration suppression controller for an air-spring type vibration isolation table. Firstly, isolation system model is constructed considering the isolation table, attached equipment and voice-coil actuator. An active control system is designed based on frequency-shaped sliding mode control theory rewarding high frequency uncertainties with respect to attached equipments on the isolation table. Finally. the performance of the active isolation system is evaluated by simulation under some disturbance conditions which are transmitted from base structure of the isolation system.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.2
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pp.89-99
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2011
In this study, a smart base isolation system has been proposed to reduce dynamic responses of a spacial structure subjected to seismic excitation. MR dampers and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system and its vibration control performance has been investigated compared to that of the optimally designed lead-rubber bearing (LRB) isolation system. Control performance of smart base isolation system depends on control algorithm. Fuzzy controller was used in this study to effectively control the spacial structure having a smart base isolation system. Dynamic responses of the spacial structure with isolation system is conflict with base drifts and thus these two responses are selected as objective functions to apply multi-objective genetic algorithm to optimization of fuzzy controller. Based on numerical simulation results, it has been shown that the smart base isolation system proposed in this study can drastically reduce base drifts and seismic responses of the example spacial structure in comparison with the optimally designed LRB isolation system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1115-1121
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2003
The vibration isolation table system for the high precision Processing machinery has been developed. The system uses air spring as its isolation elements. An investigation of the model and the test results showed that the diaphragm has a role in the mathematical model. The vibration levels at various floors in the laboratory were investigated during operating the large shaking table for the selection of optimum installation location. The vibration test on the designed system showed good isolation performances.
Micro vibration isolation, typically originated from ground, is always a prime concern for the nano-measurement instruments such as Atomic Force Microscopes. A four mount active vibration isolation system is proposed in this paper. Modeling and control of such a four mount system was analyzed. Combined active-passive isolation principle is used for vibration isolation by mounting the instrument on a passively damped isolation system made of Elastomer along with the active stage in parallel that consists of very soft actuation system, the Voice Coil Motor. The active stage works in combination with the passive stage for working as a very low frequency vibration attenuator.
This study proposes a new smart base isolation system that employs Magneto-Rheological Elastomers (MREs), a class of smart materials whose elastic modulus or stiffness can be varied depending on the magnitude of an applied magnetic field. It also evaluates the dynamic performance of the MRE-based isolation system in reducing vibrations in structures subject to various seismic excitations. As controllable stiffness elements, MREs can increase the dynamic control bandwidth of the isolation system, improving its vibration reduction capability. To study the effectiveness of the MRE-based isolation system, this paper compares its dynamic performance in reducing vibration responses of a base-isolated single-story structure (i.e., 2DOF) with that of a conventional base-isolation system. Moreover, two control algorithms (linear quadratic regulator (LQR)-based control and state-switched control) are considered for regulating the stiffness of MREs. The simulation results show that the MRE-based isolation system outperformed the conventional system in suppressing the maximum base drift, acceleration, and displacement of the structure.
This paper introduces a system allows for seismic isolation of the pallet from the rack in the down-aisle direction, occupies minimal vertical space (5 cm) and ±7.5 cm of deformation range. A conceptual model of the isolation system is presented, leading to a constitutive equation governing its behavior. A first experimental campaign studying the response of the isolation system's components was conducted to calibrate the parameters of its constitutive equation. A second experimental campaign evaluated the response of the isolation system with mass placed on it, subjected to cyclic loading. The results of this second campaign were compared with the numerical predictions using the pre-calibrated constitutive equation, allowing a double-blind validation of the constitutive equation of the isolation system. Finally, a numerical evaluation of the isolation system subjected to a synthetic earthquake of one component. This evaluation allowed verifying attributes of the proposed isolation system, such as its self-centering capacity and its effectiveness in reducing the absolute acceleration of the isolated mass and the shear load transmitted to the supporting beams of the rack.
One of the main shortcomings in the current passive base isolation system is lack of adaptability. The recent research and development of a novel adaptive seismic isolator based on magnetorheological elastomer (MRE) material has created an opportunity to add adaptability to base isolation systems for civil structures. The new MRE based base isolator is able to significantly alter its shear modulus or lateral stiffness with the applied magnetic field or electric current, which makes it a competitive candidate to develop an adaptive base isolation system. This paper aims at exploring suitable control algorithms for such adaptive base isolation system by developing a close-loop semi-active control system for a building structure equipped with MRE base isolators. The MRE base isolator is simulated by a numerical model derived from experimental characterization based on the Bouc-Wen Model, which is able to describe the force-displacement response of the device accurately. The parameters of Bouc-Wen Model such as the stiffness and the damping coefficients are described as functions of the applied current. The state-space model is built by analyzing the dynamic property of the structure embedded with MRE base isolators. A Lyapunov-based controller is designed to adaptively vary the current applied to MRE base isolator to suppress the quake-induced vibrations. The proposed control method is applied to a widely used benchmark base-isolated structure by numerical simulation. The performance of the adaptive base isolation system was evaluated through comparison with optimal passive base isolation system and a passive base isolation system with optimized base shear. It is concluded that the adaptive base isolation system with proposed Lyapunov-based semi-active control surpasses the performance of other two passive systems in protecting the civil structures under seismic events.
Seismic isolation is often used in protecting mission-critical structures including hospitals, data centers, telecommunication buildings, etc. Such structures typically house vibration-sensitive equipment which has to provide continued service but may fail in case sustained accelerations during earthquakes exceed threshold limit values. Thus, peak floor acceleration is one of the two main parameters that control the design of such structures while the other one is peak base displacement since the overall safety of the structure depends on the safety of the isolation system. And in case peak base displacement exceeds the design base displacement during an earthquake, rupture and/or buckling of isolators as well as bumping against stops around the seismic gap may occur. Therefore, obtaining accurate peak floor accelerations and peak base displacement is vital. However, although nominal design values for isolation system and superstructure parameters are calculated in order to meet target peak design base displacement and peak floor accelerations, their actual values may potentially deviate from these nominal design values. In this study, the sensitivity of the seismic performance of structures equipped with linear and nonlinear seismic isolation systems to the aforementioned potential deviations is assessed in the context of a benchmark shear building under different earthquake records with near-fault and far-fault characteristics. The results put forth the degree of sensitivity of peak top floor acceleration and peak base displacement to superstructure parameters including mass, stiffness, and damping and isolation system parameters including stiffness, damping, yield strength, yield displacement, and post-yield to pre-yield stiffness ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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