Marante, Maria E.;Barreto, Wilmer J.;Picon, Ricardo A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.5
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pp.545-552
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2019
The analysis and design of complex structures like sandwich-panel elements are difficult; the use of finite element method for the analysis is complicated and time consuming when non-linear effects are considered. On the other hand, artificial neural network (ANN) models can capture the non-linear effects and its application requires lesser computational demand. Two ANN models were trained, tested and validated to compute the force for a given displacement of a sandwich-type roof element; 2555 force and element deformation pairs were used for training the ANN models. For the models trained without considering the damping effect, there were two values in the input layer: maximum displacement and current displacement, and for the model considering damping, displacement from the previous step was used as an additional input. Totally, 400 ANN models were trained. Results show that there is a good agreement between the experimental and simulated data, and the models showed a good performance with a mean square error value of 4548.85. Both the ANN models could simulate the inelastic behaviour, loss of rigidity, and evolution of permanent displacements. The models could also interpolate and extrapolate, which enables them to be used as an analysis and design tool for such complex elements.
The momentum flux and the sensible heat flux were measured with the scintillometers and ultrasonic anemometers at 6 sites of which surface characteristics like roughness length and zero-displacement are different each other. We estimated the momentum flux and the sensible heat flux based on the bulk transfer method with the drag coefficient and the heat transfer coefficient calculated from the temperature and wind speed at two heights. The variation of bulk transfer coefficients showed a remarkable difference depending on the atmospheric stability which is less influenced by the zero-displacement than the roughness length. The estimated sensible heat fluxes were in good agreement with those measured at 3 m, showing 23.7 $Wm^{-2}$ of the root mean square error that is less than 10% of its maximum. Since the estimated momentum flux is not only effected by drag coefficient but also by wind speed square, the determination of wind speed in the bulk transfer method is critical.
Amir Shahmohammadian;Mohammad Reza Mansoori;Mir Hamid Hosseini;Negar Lotfabadi Bidgoli
Earthquakes and Structures
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v.25
no.6
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pp.417-427
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2023
If the center of mass and center of stiffness or strength of a structure plan do not coincide, the structure is considered asymmetric. During an earthquake, in addition to lateral vibration, the structure experiences torsional vibration as well. Lateraltorsional coupling in asymmetric structures in the plan will increase lateral displacement at the ends of the structure plan and, as a result, uneven deformation demand in seismically resistant frames. The demand for displacement in resistant frames depends on the magnitude of transitional displacement to rotational displacement in the plan and the correlation between these two. With regard to the inability to eliminate the asymmetrical condition due to various reasons, such as architectural issues, this study has attempted to use supplemental viscous dampers to decrease the correlation between lateral and torsional acceleration or displacement in the plan. This results in an almost even demand for lateral deformation and acceleration of seismic resistant frames. On this basis, using the concept of Torsional Balance, adequate distribution of viscous dampers for the decrease of this correlation was determined by transferring the "Empirical Center of Balance" (ECB) to the geometrical center of the structure plan and thus obtaining an equal mean square value of displacement and acceleration of the plan edges. This study analyzed stiff and flexible torsional structures with one-way and two-way mass asymmetry in the Opensees software. By implementing the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, the optimum formation of dampers for controlling lateral displacement and acceleration is determined. The results indicate that with the appropriate distribution of viscous dampers, not only does the lateral displacement and acceleration of structure edges decrease but the lateral displacement or acceleration of the structure edges also become equal. It is also observed that the optimized center of viscous dampers for control of displacement and acceleration of structure depends on the amount of mass eccentricity, the ratio of uncoupled torsional-to-lateral frequency, and the amount of supplemental damping ratio. Accordingly, distributions of viscous dampers in the structure plan are presented to control the structure's torsion based on the parameters mentioned.
Linearization of transducer characteristic plays a vital role in electronic instrumentation because all transducers have outputs nonlinearly related to the physical variables they sense. If the transducer output is nonlinear, it will produce a whole assortment of problems. Transducers rarely possess a perfectly linear transfer characteristic, but always have some degree of non-linearity over their range of operation. Attempts have been made by many researchers to increase the range of linearity of transducers. This paper presents a method to compensate nonlinearity of Linear Variable Displacement Transducer (LVDT) based on Extreme Learning Machine (ELM) method, Differential Evolution (DE) algorithm and Artificial Neural Network (ANN) trained by Genetic Algorithm (GA). Because of the mechanism structure, LVDT often exhibit inherent nonlinear input-output characteristics. The best approximation capability of optimized ANN technique is beneficial to this. The use of this proposed method is demonstrated through computer simulation with the experimental data of two different LVDTs. The results reveal that the proposed method compensated the presence of nonlinearity in the displacement transducer with very low training time, lowest Mean Square Error (MSE) value and better linearity. This research work involves less computational complexity and it behaves a good performance for nonlinearity compensation for LVDT and has good application prospect.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.10a
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pp.850-854
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2009
Approximate analysis for a building installed with a friction damper is revisited to get insight of its dynamic behavior. Energy balance equation is used to have a closed analytical form solution of dynamic magnification factor (DMF) for the building with combined viscous and friction damping. It is found out that DMF is dependent on friction force ratio and resonance frequency. Linear transfer function from input external force to output building displacement is obtained by simplifying DMF equation. Root mean square of building displacement is derived under earthquake-like random excitation. Finally, design of friction damper is proposed by processing target control ratio, damping ratio factor, and friction force in sequence.
A theoretical procedure to estimate spectral displacement of a hysteretic oscillator with bilinear stiffness excited by band-limited excitation is presented. The stochastic method of ground-motion simulation is combined with the random vibration theory to compute linear and nonlinear structural response. The response is obtained by computing the root-mean-square oscillator response using dissipation energy balancing by integrating over all energy levels of system weighting with the stationary probability density of the energy. The results are presented in a convenient form, and the accuracy of the procedure is assessed by comparison with results obtained with the time-domain method using the recorded data. The model shows little or no bias at the structural period of engineering interest.
Effectiveness of multiple tuned mass dampers (MTMD) in suppressing the dynamic response of base excited structure for first mode vibration is investigated. The effectiveness of the MTMD is expressed by the ratio of the root mean square (RMS) displacement of the structure with MTMD to corresponding displacement without MTMD. The frequency content of base excitation is modelled as a broad-band stationary random process. The MTMD's with uniformly distributed natural frequencies are considered for this purpose. A parametric study is conducted to investigate the fundamental characteristics of the MTMD's and the effect of important parameters on the effectiveness of the MTMD's. The parameters include: the fundamental characteristics of the MTMD system such as damping, mass ratio, total number of MTMD, tuning frequency ratio, frequency spacing of the dampers and frequency content of the base excitation. It has been shown that MTMD can be more effective and more robust than a single TMD with equal mass and damping ratio.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.238-246
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2003
By using simulated ground motions, which is sum of earthquake signals and noise, we measured the distortion of response spectra due to noise. We found that the distortion is more closely related to the signal-to-noise (S/N) ratio of root-mean-square (RMS) measurement than that of conventional peak measurement. Given a S/M ratio, the distortion of absolute acceleration response spectra is independent on the earthquake magnitude, while that of relative displacement response spectra has a strong dependence on the earthquake magnitude. This means that, when we calculate response spectra from time histories, we can efficiently predict the distortion of acceleration response spectra simply by measuring the RMS SJN ratios, or the distortion of displacement response spectra by combining the RMS S/N ratios and the earthquake magnitudes.
The structural vibration suppression with active constrained layer damping (ACLD) was widely studied recently. However, the literature seldom concerned with the vibration control on flow-induced vibration using active constrained layer. In this paper the wind induced vibration of cantilevered beam is analyzed and suppressed by using random theory together with a velocity feedback control strategy. The piezoelectric material and frequency dependent viscoelastic layer are used to achieve effective active damping in the vibration control. The transverse displacement and velocity in time and frequency domains, as well as the power spectral density and the mean-square value of the transverse displacement and velocity, are formulated under wind pressure at variable control gain. It is observed from the numerical results that the wind induced vibration can be significantly suppressed by using a small outside active voltage on the constrained layer.
The optimum damping and tuning frequency ratio of the tuned mass damper-inerter (TMDI) for the base-isolated structure is obtained using the numerical searching technique under stationary white-noise and filtered white-noise earthquake excitation. The minimization of the isolated structure's mean-square relative displacement and absolute acceleration, as well as the maximization of the energy dissipation index, were chosen as the criteria for optimality. Using a curve-fitting technique, explicit formulae for TMDI damping and tuning frequency for white-noise excitation are then derived. The proposed empirical expressions for TMDI parameters are found to have a negligible error, making them useful for the effective design of base-isolated structures. The effectiveness of TMDI and its optimum parameters are influenced by the soil condition and isolation frequency, according to the comparison made of the optimized parameters and response with different soil profiles. The effectiveness of an optimally designed TMDI in controlling the displacement and acceleration response of the flexible isolated structure under real and pulse-type earthquakes is also observed and found to be increased as the inertance mass ratio increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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