This paper focuses on the vibration control of long-span reticulated steel structures under multi-dimensional earthquake excitation. The control system and strategy are constructed based on Magneto-Rheological (MR) dampers. The LQR and Hrovat controlling algorithm is adopted to determine optimal MR damping force, while the modified Bingham model (MBM) and inverse neural network (INN) is proposed to solve the real-time controlling current. Three typical long-span reticulated structural systems are detailedly analyzed, including the double-layer cylindrical reticulated shell, single-layer spherical reticulated shell, and cable suspended arch-truss structure. Results show that the proposed control strategy can reduce the displacement and acceleration effectively for three typical structural systems. The displacement control effect under the earthquake excitation with different PGA is similar, while for the cable suspended arch-truss, the acceleration control effect increase distinctly with the earthquake excitation intensity. Moreover, for the cable suspended arch-truss, the strand stress variation can also be effectively reduced by the MR dampers, which is very important for this kind of structure to ensure that the cable would not be destroyed or relaxed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.2
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pp.157-164
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2016
The paper studies a comparison analysis of semi-active control strategies for a Macpherson strut type suspension system consisting of MR(magneto-rheological) damper. As a first step, in order to formulate governing, a dynamic full model of a Macpherson strut is developed considering the kinematics. The nonlinear equation of motion of the strut is then linearized around the equilibrium point. A new adaptive moving sliding model controller is developed for fast response of the system. A newly proposed adaptive moving sliding mode control strategy is then compared with conventional sliding mode controller and skyhook controller. The comparison is made for two different types of road inputs; bump and random road profiles showing superior vibration control performance in time and frequency domains.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.3
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pp.39-50
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2009
In this paper, a method for reducing seismic responses of adjacent buildings is studied that involves connecting two buildings with energy-dissipating devices, such as MR dampers. For the vibration control of the adjacent buildings, a fuzzy control technique with semi-active MR dampers is proposed. A fuzzy controller, which can appropriately modulate the damping forces by controlling the input voltage in real time, is designed according to the proposed method. To verify the validity of the proposed method, numerical simulations are performed. In the numerical simulations, historical earthquake records with diverse frequency contents and different peak values are used. For the purpose of comparison, an uncontrolled system, a passive control system and a semi-active fuzzy control system are considered. The comparative results prove the effectiveness of the proposed control technique, i.e. the numerical results show that the fuzzy controlled semi-active MR dampers can effectively reduce the earthquake responses of the adjacent structures.
The number of cable-stayed bridges has been increasing worldwide, causing issues in maintaining the structural safety and integrity of bridges. The stay cable, one of the most critical members in cable-stayed bridges, is vulnerable to wind-induced vibrations owing to its inherent low damping capacity. Thus, vibration mitigation of stay cables has been an important issue both in academia and practice. While a semi-active control scheme shows effective vibration reduction compared to a passive control scheme, real-world applications are quite limited because it requires complicated equipment, including for data acquisition, and power supply. This study aims to develop an Arduino-based integrated cable vibration control system implementing a semi-active control algorithm. The integrated control system is built on the low-cost, low-power Arduino platform, embedding a semi-active control algorithm. A MEMS accelerometer is installed in the platform to conduct a state feedback for the semi-active control. The Linear Quadratic Gaussian control is applied to estimate a cable state and obtain a control gain, and the clipped optimal algorithm is implemented to control the damping device. This study selects the magnetorheological damper as a semi-active damping device, controlled by the proposed control system. The developed integrated system is applied to a laboratory size cable with a series of experimental studies for identifying the effect of the system on cable vibration reduction. The semi-active control embedded in the integrated system is compared with free and passive mode cases and is shown to reduce the vibration of stay-cables effectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.3
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pp.729-737
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2014
A study has been carried out that effectively controls the vibration of asymmetric cable-stayed bridges caused by earthquakes with MR dampers. In order to enhance the practical serviceability of MR dampers, an asymmetric cable-stayed bridge structure has been designed and produced, and a MR damper has been produced so as to have this bridge structure controlled appropriately. An experiment that controls vertical and horizontal vibrations has been carried out by exciting the asymmetric cable-stayed bridge in the horizontal direction with the El-centro seismic wave. The control performance of the MR damper has been evaluated under the five control conditions in the experiments of vibration control in each direction. As a result of the experiment, MR dampers were proved to control vibrations more effectively when either Lyapunov control algorithm or Clipped-optimal control algorithm was used to control vibrations of the asymmetric cable-stayed bridge caused by earthquakes. In addition, different controlling effects were found in vibration controls in vertical and horizontal directions due to the asymmetry of the structure and the horizontal excitation. With such controlling effects, semi-active MR dampers are evaluated to effectively control vibrations caused by earthquakes in flexible and asymmetric structures such as asymmetric cable-stayed bridges.
Bahar, Arash;Salavati-Khoshghalb, Mohsen;Ejabati, Seyed Mehdi
Smart Structures and Systems
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v.21
no.3
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pp.359-371
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2018
Strong seismic events commonly cause large drift and deformation, and functionality failures in the superstructures. One way to prevent functionality failures is to design structures which are ductile and flexible through yielding when subjected to strong ground excitations. By developing forces that assist motion as "negative stiffness forces", yielding can be achieved. In this paper, we adopt the weakening and damping method to achieve a new approach to reduce all of the structural responses by further adjusting damping phase. A semi-active control system is adopted to perform the experiments. In this adaptation, negative stiffness forces through certain devices are used in weakening phase to reduce structural strength. Magneto-rheological (MR) dampers are then added to preserve stability of the structure. To adjust the voltage in MR dampers, an inverse model is employed in the control system to command MR dampers and generate the desired control forces, where a velocity control algorithm produces initial required control force. An extensive numerical study is conducted to evaluate proposed methodology by using the smart base-isolated benchmark building. Totally, nine control systems are examined to study proposed strategy. Based on the numerical results of seven earthquakes, the use of proposed strategy not only reduces base displacements, base accelerations and base shear but also leads to reduction of accelerations and inter story drifts of the superstructure. Numerical results shows that the usage of inverse model produces the desired regulated damping, thus improving the stability of the structure.
This paper presents an experimental study on constructing a tunable secondary suspension for high-speed trains using magneto-rheological fluid dampers (referred to as MR dampers hereafter), in the interest of improving lateral ride comfort. Two types of MR dampers (type-A and type-B) with different control ranges are designed and fabricated. The developed dampers are incorporated into a secondary suspension of a full-scale high-speed train carriage for rolling-vibration tests. The integrated rail vehicle runs at a series of speeds from 40 to 380 km/h and with different current inputs to the MR dampers. The dynamic performance of the two suspension systems and the ride comfort rating of the rail vehicle are evaluated using the accelerations measured during the tests. In this way, the effectiveness of the developed MR dampers for attenuating vibration is assessed. The type-A MR dampers function like a stiffness component, rather than an energy dissipative device, during the tests with different running speeds. While, the type-B MR dampers exhibit significant damping and high current input to the dampers may adversely affect the ride comfort. As part of an ongoing investigation on devising an effective MR secondary suspension for lateral vibration suppression, this preliminary study provides an insight into dynamic behavior of high-speed train secondary suspensions and unique full-scale experimental data for optimal design of MR dampers suitable for high-speed rail applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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