A nonlinear gas-spring tuned mass damper is proposed to mitigate the seismic responses of the multi-degree-of-freedom (MDOF) structure, in which the nine-story benchmark model is selected as the controlled object. The nonlinear mechanical properties of the gas-spring are investigated through theoretical analysis and experiments, and the damper's control parameters are designed. The control performance and damping mechanism of the proposed damper attached to the MDOF structure are systematically studied, and its reliability is also explored by parameter sensitivity analysis. The results illustrate that the nonlinear gas-spring TMD can transfer the primary structure's vibration energy from the lower to the higher modes, and consume energy through its own relative movement. The proposed damper has excellent "Reconciling Control Performance", which not only has a comparable control effect as the linear TMD, but also has certain advantages in working stroke. Furthermore, the control parameters of the gas-spring TMD can be determined according to the external excitation amplitude and the gas-spring's initial volume.
The mass-spring model has been typically employed in physical-based simulators for clothes or patches. The mass-spring model frequently utilizes equal mass and the gravity factor. The model structure of masses supports a shape applicable to fishing nets. Therefore, to create a simulation model of a fishing net, we consider the mass-spring model and adopt the tidal-current and buoyancy effects in underwater environments. These additional factors lead to a more realistic visualization of fishing-net simulations. In this paper, we propose a new mass-spring model for a fishing-net and a method to simplify the calculation equations for a real-time simulation of a fishing-net model. Our 3D mass-spring model presents a mesh-structure similar to a typical mass-spring model except that each intersection point can have different masses. The motion of each mass is calculated periodically considering additional dynamics. To reduce the calculation time, we attempt to simplify the mathematical equations that include the effect of the tidal-current and buoyancy. Through this research, we expect to achieve a real-time and realistic simulation for the fishing net.
SBN (Structure-Borne Noise) reduction in resiliently mounted machineries are predicted by using mass-spring model and wave model. In mass-spring model, mount is modeled as a spring, while in wave model, mount is considered as an equivalent elastic rod for taking account into longitudinal wave propagation. The predictions for SBN reduction through mounts are compared to the measurements for four different pumps. It is found that the mass-spring model is valid only in low frequency range below few hundred Hz, while for high frequency ranges longitudinal wave propagation in the mount must be considered to explain the measurements. It is also shown that impedance of the floor slightly affects low frequency behaviour in mass-spring and wave model below 50 Hz - 80 Hz, so that in engineering practice the effect of floor impedance may be neglected in computing mount performance.
This paper deals with dynamic response of a beam structure with discrete spring-damper supports under a moving mass. Governing equations of motion taking into account of all inertia effects of the moving mass were derived by Galerkin's mode summation method, and Runge-Kutta integration method was applied to solve the differential equations. The effects of the speed of the moving mass, spring stiffness, damping coefficient, span number of a beam structure, mass ratio of the moving mass on the dynamic response of the beam structure have been studied. Some numerical results provide design engineers for the beam structure design with discrete supports under a moving mass.
As resent trends in structural construction have been to build taller and larger structures than any time in the past, they have had high flexibility and low damping that can cause large vibration response under severe environmental loading such as earthquakes, winds, and mechanical excitations. The damper with mass and spring is one approach to safeguarding the structure against excessive vibrations. In this paper, the lumped electrical circuit approach of mass/spring system is used to model the mechanical aspects according to the frequency. Therefore, the mass/spring system can be dealt with here and linked with the equivalent circuit of electric linear oscillatory actuator(LOA). Analysis models are two types of vibration control system, active mass damper(AMD) and hybrid mass damper(HMD). AMD consists of the moving coil LOA with mass only The LOA of HMD with mass and spring is composed of the fixed coil and the movable permanent magnet(PM) field part. The PM field part composed magnet modules and iron coke, is the damper marts itself. We Present the motional resistance and reactance of mass/spring system and the system impedance of AMD and HMD according to the frequency.
Kontoni, Denise-Penelope N.;Farghaly, Ahmed Abdelraheem
Structural Engineering and Mechanics
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제69권6호
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pp.699-712
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2019
A cable-stayed bridge (CSB) is one of the most complicated structures, especially when subjected to earthquakes and taking into consideration the effect of soil-structure-interaction (SSI). A CSB of a 500 m mid-span was modeled by the SAP2000 software and was subjected to four different earthquakes. To mitigate the harmful effect of the vibration generated from each earthquake, four mitigation schemes were used and compared with the non-mitigation model to determine the effectiveness of each scheme, when applying on the SSI or fixed CSB models. For earthquake mitigation, tuned mass damper (TMD) systems and spring dampers with different placements were used to help reduce the seismic response of the CBS model. The pylons, the mid-span of the deck and the pylon-deck connections are the best TMDs and spring dampers placements to achieve an effective reduction of the earthquake response on such bridges.
This study proposes a simple method that uses a simple mass-spring model to predict the natural frequency of a soil-pile-structure system in sandy soil. This model includes a pair of matrixes, i.e., a mass matrix and a stiffness matrix. The mass matrix is comprised of the masses of the pile and superstructure, and the stiffness matrix is comprised of the stiffness of the pile and the spring coefficients between the pile and soil. The key issue in the evaluation of the natural frequency of a soil-pile system is the determination of the spring coefficient between the pile and soil. To determine the reasonable spring coefficient, subgrade reaction modulus, nonlinear p-y curves and elastic modulus of the soil were utilized. The location of the spring was also varied with consideration of the infinite depth of the pile. The natural frequencies calculated by using the mass-spring model were compared with those obtained from 1-g shaking table model pile tests. The comparison showed that the calculated natural frequencies match well with the results of the 1-g shaking table tests within the range of computational error when the three springs, whose coefficients were calculated using Reese's(1974) subgrade reaction modulus and Yang's (2009) dynamic p-y backbone curves, were located above the infinite depth of the pile.
Dual Mass Flywheel(DMF) is used in order to improve the vibration characteristics of drivetrain of manual transmission vehicles. Regardless of its complexity and high cost, application of DMF is keep increasing due to a trend of using Diesel engines in passenger cars and light weight design of drivetrains. Modeling and analysis of DMF is rather simple, but finding out optimum parameters of damper may not be easy. Furthermore, its realization in DMF has some limitations due to DMF's structure and its structure dependent damping characteristics. Requirements on spring-damper characteristics of DMF has been reviewed and investigations on structures and damping characteristics of currently Produced DMFs have been made in this paper. Also, ideal spring and damper characteristics has been proposed based on such investigations.
The purpose of this paper is to investigate the influence of the exciter attached for the measurement of natural frequencies when extracting the frequency response functions of the test structure in experimental modal analysis. The procedure is first to model the attached exciter as an additional degree of freedom system and next to verify the suggested model by experimentally extracting the natural frequencies of the test structure with various values of exciter mass, stinger stiffness and attachment position of the exciter on the test structure. It is concluded that as additional degree of freedom system which includes the natural frequency of the exciter itself and axial stiffness of stinger should be considered to quantatively define the coupling effects of structure-exciter interaction on the measured natural frequencies. It is not the mass of the exciter itself but the coupling effect of the additional degree of freedom mass-spring system consisting of exciter body and armature coil that characterizes the natural frequency deviation. Therefore, when the natural frequency of this additional mass-spring system is outside of the test frequency range, the coupling effect of structure-exciter interaction can be minimized.
Performance-based seismic evaluation is usually done by considering simplified models for the liquid storage tanks therefore, it is important to validate those simplified models before conducting such evaluation. The purpose of this study is to compare the seismic response results of the FSI (fluid-structure interaction) model and the simplified models for the cylindrical liquid storage tanks and to verify the applicability of the simplified models for estimating failure probability. Seismic analyses were carried out for two types of storage tanks with different aspect ratios (H/D) of 0.45 and 0.86. FSI model represents detailed 3D fluid-structure interaction model and simplified models are modeled as cantilever mass-spring model, frame type mass-spring model and shell type mass-spring model, considering impulsive and convective components. Seismic analyses were performed with modal analysis followed by time history analysis. Analysis results from all the models were verified by comparing with the results calculated by the code and literature. The results from simplified models show good agreement with the ones from detailed FSI model and calculated results from code and literature, confirming that all three types of simplified models are very valid for conducting failure probability analysis of the cylindrical liquid storage tanks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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