The purpose of this study is to demonstrate and verify the application of phase-control absolute-acceleration-feedback active tuned mass dampers (PCA-ATMD) to multiple-degree-of-freedom (MDOF) building structures. In addition, servo speed control technique has been developed as a replacement for force control in order to mitigate the negative effects caused by friction and inertia. The essence of the proposed PCA-ATMD is to achieve a 90° phase lag for a structure by implementing the desired control force so that the PCA-ATMD can receive the maximum power flow with which to effectively mitigate the structural vibration. An MDOF building structure with a PCA-ATMD and a real-time filter forming a complete system is modeled using a state-space representation and is presented in detail. The feedback measurement for the phase control algorithm of the MDOF structure is compact, with only the absolute acceleration of one structural floor and ATMD's velocity relative to the structure required. A discrete-time direct output-feedback optimization method is introduced to the PCA-ATMD to ensure that the control system is optimized and stable. Numerical simulation and shaking table experiments are conducted on a three-story steel shear building structure to verify the performance of the PCA-ATMD. The results indicate that the absolute acceleration of the structure is well suppressed whether considering peak or root-mean-square responses. The experiment also demonstrates that the control of the PCA-ATMD can be decentralized, so that it is convenient to apply and maintain to real high-rise building structures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.659-675
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2006
Recently, significant progress has been made in performance-based engineering methods that rely mainly on nonlinear static seismic analysis procedures. The Capacity Spectrum Method (CSM) and the Displacement Coefficient Method (DCM) are the representative nonlinear static seismic analysis procedures. In order to evaluate the applicability of the procedures to the seismic evaluation and design process of new and existing structures, the accuracy of both CSM and DCM should be evaluated in advance. The accuracy of seismic responses by the nonlinear static procedures is evaluated in comparison with the shaking table test results for the structural wall specimen subjected to the far field and near field earthquakes. Also conducted are comparative studies where the shaking table test results are compared with those from nonlinear dynamic analysis procedures, i.e., Single-Degree-of-Freedom (SDOF), equivalent SDOF and Multi-Degree-of-Freedom (MDOF) systems.
In a virtual community, one can possess multiple identities and pretend to be different by creating self-identity in contrast with his or her actual self. Does false identity undermine the qualitative growth of a virtual community by reducing members' accountability? Or does it stimulate their contributive behaviors by ensuring freedom of speech? It is imperative to understand the effects of multi-identity considering the distinct properties of a virtual community in which people easily change their identities at little or no cost. To answer these questions, we adopted the concept of self-discrepancy from the social psychology theory rooted in the concept of the self and developed a theoretical model to predict quality of contribution of the individual member in virtual communities. Based on the self-discrepancy theory, we first identified two different domains of the self: (1) an "actual self" that consists of attributes that the person believes he or she currently possesses in real life and (2) a "cyber self" that consists of attributes the person believes he or she possesses in a virtual community. Next, we derived an index for two different types of self-discrepancy by using the differences between the actual and the cyber identities: Personal Self-discrepancy and Social Self-discrepancy. Personal Self-discrepancy reflects the degree of discrepancy between actual and cyber identity regarding a person's intelligence, education, and expertise. Social Self-discrepancy reflects the degree of discrepancy between actual and cyber identity regarding a person's morality, sociability, and accordance with social norms. Finally, we linked them with sense of virtual community, perceived privacy rights, and quality of contribution to examine how having a multi-identity influences an individual's psychological state and contributive behaviors in a virtual community. The results of the analysis based on 266 respondents showed that Social Self-discrepancy negatively influenced both the Sense of Virtual Community and Perceived Privacy Rights, while Personal Self-discrepancy negatively influenced only Perceived Privacy Rights, thereby resulting in reduced quality of contribution in virtual communities. Based on the results of this analysis, we can explain the dysfunctions of multi-identity in virtual communities. First, people who pretend to be different by engaging in socially undesirable behaviors under their alternative identities are more likely to suffer lower levels of psychological wellbeing and thus experience lower levels of sense of virtual community than others. Second, people do not perceive a high level of privacy rights reflecting catharsis, recovery, or autonomy, even though they create different selves and engage in socially undesirable behaviors in a virtual community. Third, people who pretend to be different persons in terms of their intelligence, education, or expertise also indirectly debase the quality of contribution by decreasing perceived privacy rights. The results suggest that virtual community managers should pay more attention to the negative influences exercised by multi-identity on the quality of contribution, thereby controlling the need to create alternative identities in virtual communities. We hope that more research will be conducted on this underexplored area of multi-identity and that our theoretical framework will serve as a useful conceptual tool for all endeavors.
Bagheri, Mohammad Reza;Mosayebi, Masoud;Mahdian, Asghar;Keshavarzi, Ahmad
Smart Structures and Systems
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v.22
no.4
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pp.469-479
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2018
The present research study utilizes a multi-objective optimization method for Pareto optimization of an eight-degree of freedom full vehicle vibration model, adopting a non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II). In this research, a full set of ride comfort as well as ride safety parameters are considered as objective functions. These objective functions are divided in to two groups (ride comfort group and ride safety group) where the ones in one group are in conflict with those in the other. Also, in this research, a special optimizing technique and combinational method consisting of weighted sum method and Pareto optimization are applied to transform Pareto double-objective optimization to Pareto full-objective optimization which can simultaneously minimize all objectives. Using this technique, the full set of ride parameters of three dimensional vehicle model are minimizing simultaneously. In derived Pareto front, unique trade-off design points can selected which are non-dominated solutions of optimizing the weighted sum comfort parameters versus weighted sum safety parameters. The comparison of the obtained results with those reported in the literature, demonstrates the distinction and comprehensiveness of the results arrived in the present study.
Any rational approach to define the configuration and size of viscous fluid dampers in a structure should be based on the dynamic properties of the system with the dampers. In this paper we propose an alternative representation of the complex eigenvalues of multi degree of freedom systems with dampers to calculate new equivalent natural frequencies. Analytical expressions for the dynamic properties of a two-story building model with a linear viscous damper in the first floor (i.e. with a non-proportional damping matrix) are derived. The formulas permit to obtain the equivalent damping ratios and equivalent natural frequencies for all the modes as a function of the mass, stiffness and damping coefficient for underdamped and overdamped systems. It is shown that the commonly used formula to define the equivalent natural frequency is not applicable for this type of system and for others where the damping matrix is not proportional to the mass matrix, stiffness matrix or both. Moreover, the new expressions for the equivalent natural frequencies expose a novel phenomenon; the use of viscous fluid dampers can modify the vibration frequencies of the structure. The significance of the new equivalent natural frequencies is expounded by means of a simulated free vibration test. The proposed approach may offer a new perspective to study the effect of viscous dampers on the dynamic properties of a structure.
Seismic isolation has been established as an effective earthquake-resistant design method and the lead rubber bearings (LRBs) are among the most commonly used seismic isolation systems. In the scientific literature, a sharp bilinear model is often used for capturing the hysteretic behaviour of the LRBs in the analysis of seismically isolated structures, although the actual behaviour of the LRBs can be more accurately represented utilizing smoothed plasticity, as captured by the Bouc-Wen model. Discrepancies between these two models are quantified in terms of the computed peak relative displacements at the isolation level, as well as the peak inter-storey deflections and the absolute top-floor accelerations, for the case of base-isolated buildings modelled as multi degree-of-freedom systems. Numerical simulations under pulse-like ground motions have been performed to assess the effect of non-linear parameters of the seismic isolation system and characteristics of both the superstructure and the earthquake excitation, on the accuracy of the computed peak structural responses. Through parametric analyses, this paper assesses potential inaccuracies of the computed peak seismic response when the sharp bilinear model is employed for modelling the LRBs instead of the more accurate and smoother Bouc-Wen model.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.5
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pp.543-547
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2009
This paper describes the design, simulation, development, and experiment of a six degree-of-freedom micropositioning parallel manipulator. A movable stage was supported with six links, each of which extends with a dc-servo micropositioning actuator. In case of parallel manipulator, while the solution of the inverse kinematics is easily found by the vectors of the links which are composed of the joint coordinates in base and platform, but forward kinematic is not easily solved because of the nonlinearity and complexity of the parallel manipulator's kinematic output equation with the multi-solutions. The movable range of the prototype was ${\pm}25mm$ in the x- and y-directions and ${\pm}12.5mm$ in the z-direction. The minimum incremental motion of the prototype was $1{\mu}m$ in the x- and y-directions and $0.5{\mu}m$ in the z-direction. The repeatability of the prototype was ${\pm}2{\mu}m$ in the x- and y-directions and ${\pm}1{\mu}m$ in the z-direction. The motion performance was also evaluated by not only the computer simulation of CAD model but also the experiment using a capacitive sensor system.
Under high velocity, pulse type near source earthquakes semi-active control systems are very effective in reducing seismic response base isolated structures. Semi-active control systems can be classified as: 1) independently variable stiffness, 2) independently variable damping, and 3) combined variable stiffness and damping systems. Several researchers have studied the effectiveness of independently varying damping systems for seismic response reduction of base isolated structures. In this study effectiveness of a combined system consisting of a semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device and a magnetorheological (MR) damper in reducing seismic response of base isolated structures is analytically investigated. The SAIVS device can vary the stiffness, and hence the period, of the isolation system; whereas, the MR damper enhances the energy dissipation characteristics of the isolation system. Two separate control algorithms, i.e., a nonlinear tangential stiffness moving average control algorithm for smooth switching of the SAIVS device and a Lyapunov based control algorithm for damping variation of MR damper, are developed. Single and multi degree of freedom systems consisting of sliding base isolation system and both the SAIVS device and MR damper are considered. Results are presented in the form of nonlinear response spectra, and effectiveness of combined variable stiffness and variable damping system in reducing seismic response of sliding base isolated structures is evaluated. It is shown that the combined variable stiffness and variable damping system leads to significant response reduction over cases with variable stiffness or variable damping systems acting independently, over a broad period range.
In recent years the monitoring of structural behavior through acquisition of vibrational data has become common practice. In addition, recent advances in sensor development have made the collection of diverse dynamic information feasible. Other than the commonly collected acceleration information, Global Position System (GPS) receivers and non-contact, optical techniques have also allowed for the synchronous collection of highly accurate displacement data. The fusion of this heterogeneous information is crucial for the successful monitoring and control of structural systems especially when aiming at real-time estimation. This task is not a straightforward one as measurements are inevitably corrupted with some percentage of noise, often leading to imprecise estimation. Quite commonly, the presence of noise in acceleration signals results in drifting estimates of displacement states, as a result of numerical integration. In this study, a new approach based on a time domain identification method, namely the Unscented Kalman Filter (UKF), is proposed for correcting the "drift effect" in displacement or rotation estimates in an online manner, i.e., on the fly as data is attained. The method relies on the introduction of artificial white noise (WN) observations into the filter equations, which is shown to achieve an online correction of the drift issue, thus yielding highly accurate motion data. The proposed approach is demonstrated for two cases; firstly, the illustrative example of a single degree of freedom linear oscillator is examined, where availability of acceleration measurements is exclusively assumed. Secondly, a field inspired implementation is presented for the torsional identification of a tall tower structure, where acceleration measurements are obtained at a high sampling rate and non-collocated GPS displacement measurements are assumed available at a lower sampling rate. A multi-rate Kalman Filter is incorporated into the analysis in order to successfully fuse data sampled at different rates.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.173-182
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2003
In equivalent static nonlinear analysis and in energy-based design, the structures are generally transformed into an equivalent SDOF system. In this study the seismic energy demands in multi story structures, such as three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames(MRF), buckling restrained braced frames(BRBF) and a damage tolerant braced frame(DTBF), are compared with those of equivalent single degree of freedom(ESDOF) systems. Sixty earthquake ground motions recorded In different soil conditions, which are soft rock, soft soil, and neat fault, were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. In case the modal mass coefficient is less than 0.8, the effects of higher modes are considered in the process of converting into ESDOF According to the analysis results, the hysteretic and input energies obtained from 3 story and 8 story MRF and DTBF agreed well with the results from analysis of equivalent SDOF systems. However in the 20 story BRBF the results from ESDOF underestimated those obtained from the original structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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