Long steel stay cables, which are mainly used in cable-stayed bridges, are easy to vibrate because of their low inherent damping characteristics. A lot of methods for vibration reduction of stay cables have been developed, and several techniques of them have been implemented to real structures, though each has its limitations. Recently, it was reported that smart (i.e. semi-active) dampers can potentially achieve performance levels nearly the same as comparable active devices with few of the detractions. Some numerical and experimental studies on the application of smart damping systems employing an MR fluid damper, which is one of the most promising smart dampers, to a stay cable were carried out; however, most of the previous studies considered only one specific control algorithm in which they are interested. In this study, the performance verification of MR fluid damper-based smart damping systems for mitigating vibration of stay cables by considering the four commonly used semi-active control algorithms, such as the control algorithm based on Lyapunov stability theory, the maximum energy dissipation algorithm, the modulated homogeneous friction algorithm and the clipped-optimal control algorithm, is systematically carried out to find the most appropriate control strategy for the cable-damper system.
Computations were performed to investigate the effects of air staging on combustion in three stage heavy-oil fired combustion burner. The burner was designed for 3 MW. Different amounts of air are introduced into each 3 three stages by means of each dampers. The goal of the study is to understand combustion phenomena according to each air stage mass ratios through CFD. Air flow rates at three inlets are adjusted by dampers inside a burner. Here, injection conditions of liquid fuel are kept constant throughout all simulations. This assumption is made in order to limit the complexity of oil combustion though it may cause some disagreement. In case of cold flows, only longitudinal velocities arc considered, On the other hand, flow, temperature and NOx generations are taken into account for reactive flows. Simple parametric study was conducted by setting 1'st air stage mass ratio as a parameter. And an optimal operation condition was found. The computational study is based on k-e model, P-1 radiation model(WSGGM) and PDF, and is implemented on a commercial code, FLUENT.
To date the engineering community has seen facade systems as non-structural elements with high aesthetic value and a barrier between the outdoor and indoor environments. The role of facades in energy use in a building has also been recognized and the industry is also witnessing the emergence of many energy efficient facade systems. This paper will focus on using exterior skin of the double skin facade system as a dissipative movable element during earthquake excitation. The main aim of this study is to investigate the potential of the facade system to act as a damper system to reduce earthquake-induced vibration of the primary structure. Unlike traditional mass dampers, which are usually placed at the top level of structures, the movable/smart double skin facade systems are distributed throughout the entire height of building structures. The outer skin is moveable and can act as a multi tuned mass dampers (MTMDs) that move and dissipate energy during strong earthquake motions. In this paper, using a three dimensional 10-storey building structure as the example, it is shown that with optimal choice of materials for stiffness and damping of brackets connecting the two skins, a substantial portion of earthquake induced vibration energy can be dissipated which leads to avoiding expensive ductile seismic designs. It is shown that the engineering demand parameters (EDPs) for a low-rise building structures subjected to moderate to severe earthquakes can be substantially reduced by introduction of a smart designed double skin system.
Passive tuned mass dampers (TMDs) efficiently suppress vibrations induced by quasi-stationary dynamic inputs, such as winds, sea waves or traffic loads, but may prove of little use against pulse-like excitations, such as near-field (NF) ground motions. The extent of such impairment is however controversial, partly due to the different evaluation criteria adopted within the literature, partly to the limited number of seismic records used in most investigations. In this study, three classical techniques and two new variants for designing a TMD on an SDOF structure are tested under 338 NF records from the PEER NGA database, including 156 records with forward-directivity features. Percentile response reduction spectra are introduced to statistically assess TMD performance, and TMD robustness is verified through Monte Carlo simulations. The methodology is extended to a variety of MDOF bending-type and shear-type frames, and simulated on a case study building structure recently constructed in Central Italy.Results offer an interesting insight into the performance of TMDs against NF earthquakes, ultimately showing that, if properly designed and sufficiently massive, TMDs are effective and robust even in the face of pulse-like ground motions. The two newly proposed design techniques are shown to generally outperform the classical ones.
Metallic energy-dissipation dampers are widely used in structures. They are comprised of an added damping and stiffness (ADAS) device with many parallel, diamond-shaped hole plates, the neck width of which is an important parameter. However, no studies have analyzed the neck width's influence on the ADAS device's performance. This study aims to better understand that influence by conducting a pseudo-static test on ADAS, with three different neck widths, and performing finite element analysis (FEA) models. Based on the FEA results and mechanical theory, a design neck width range was proposed. The results showed that when the neck width was within the specified range, the diamond-shaped hole plate achieved an ideal yield state with minimal stress concentration, where the ADAS had an optimal energy dissipation performance and the brittle shear fracture on the neck was avoided. The theoretical values of the ADAS yield loads were in good agreement with the test values. While the theoretical value of the elastic stiffness was lower than the test value, the discrepancy could be reduced with the proposed modified coefficient.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.1-7
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2005
The optimal seismic retrofitting of NPP(Nuclear Power Plant) cabinet structures that contain seismic category 1 relays was studied in this paper. During earthquake event, the failure modes of relays are not appeared in form of structural failure, but are appeared in form of contact chatter of relay. Therefore, the retrofitting of cabinet has to be aimed at the reducing of the structural response, such as acceleration. In this study, the optimal characteristic values of dampers were searched by ${\mu}$-GA (micro-Genetic Algorithm) scheme for several installation patterns. To keep accuracy and efficiency of analysis, the structural models of cabinet were considered as a frame structure. The responses of structure were obtained inform of acceleration response spectra derived from the results of nonlinear time history analysis including damping nonlinearity. The objective function of the optimum procedure was constructed based on the maximum ratio of maximum spectral value and target GERS (General Equipment Ruggedness Spectra). The results show the good improvements of fitness for adequate retrofitting pattern. Especially, the improvements of fitness were remarkable when the values of damping exponents are low.
Tuned liquid dampers (TLDs) are increasingly being used as efficient dynamic vibration absorbers to mitigate wind-induced vibration in super high-rise buildings. However, the damping characteristics of screens and the control effectiveness of actual structures must be investigated to improve the reliability of TLDs in engineering applications. In this study, a numerical TLD model is developed using computational fluid dynamics (CFD) and a simulation method for achieving the coupled vibration of the structure and TLD is proposed. The numerical results are verified using shaking table tests, and the effects of the solidity ratio and screen position on the TLD damping ratios are investigated. The TLD control effectiveness is obtained by simulating the wind-induced vibration response of a full-scale structure-TLD system to determine the optimal screen solidity ratio. The effects of the structural frequency, damping ratio, and wind load amplitude on the TLD performance are further analyzed. The TLD damping ratio increases nonlinearly with the solidity ratio, and it increases with the screens towards the tank center and then decreases slightly owing to the hydrodynamic interaction between screens. Full-scale coupled simulations demonstrated that the optimal TLD control effectiveness was achieved when the solidity ratio was 0.46. In addition, structural frequency shifts can significantly weaken the TLD performance. The control effectiveness decreases with an increase in the structural damping ratio, and is insensitive to the wind load amplitude within a certain range, implying that the TLD has a stable damping performance over a range of wind speed variations.
Offshore drilling has become a key process for obtaining oil. Offshore platforms have many applications, including oil exploration and production, navigation, ship loading and unloading, and bridge and causeway support. However, vibration problems caused by severe environmental loads, such as ice, wave, wind, and seismic loads, threaten the functionality of platform facilities and the comfort of workers. These concerns may result in piping failures, unsatisfactory equipment reliability, and safety concerns. Therefore, the vibration control of offshore platforms is essential for assuring structural safety, equipment functionality, and human comfort. In this study, an optimal multiple tuned mass damper (MTMD) system was proposed to mitigate the excessive vibration of a three-dimensional offshore platform under ice and earthquake loadings. The MTMD system was designed to control the first few dominant coupled modes. The optimal placement and system parameters of the MTMD are determined based on controlled modal properties. Numerical simulation results show that the proposed MTMD system can effectively reduce the displacement and acceleration responses of the offshore platform, thus improving safety and serviceability. Moreover, this study proposes an optimal design procedure for the MTMD system to determine the optimal location, moving direction, and system parameters of each unit of the tuned mass damper.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.1
s.53
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pp.11-19
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2007
This paper proposes an optimal design method of distribution and capacities of linear viscous dampers for vibration control of two adjacent buildings. The previous researches have dealt with suboptimal design problem under the assumption that linear viscous dampers are distributed uniformly or proportionally to the sensitivity of the modal damping ratio according to floors, whereas this study deals with global optimization problem in which the damping capacities of each floor are independently selected as design parameters. For this purpose, genetic algorithm to effectively search multiple design variables in large searching domains is adopted and objective function leading to the global optimal solutions is established through the comparison of several optimal design values obtained from different objective functions with control performance and damping capacity. The effectiveness of the proposed method is investigated by comparing the control performance and total damping capacity designed by the proposed method with those of the previous method. In addition, the time history analyses are performed by using three historical earthquakes with different frequency contents, and the simulation results demonstrate that the proposed method is an effective seismic design method for the vibration control of the adjacent structures.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.251-258
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2004
This paper presents the parameter study of multiple tuned liquid damper (MTLCD) applied to the 76-story benchmark building. A parameter study involves the effects of number of TLCD, frequency range, and central tuning frequency ratio, which are important parameters of MTLCD. The performance of MTLCD is carried out numerical analysis which reflects the nonlinear property of liquid motion. The parameters of TLCD exist different each optimal values according to mass ratio. The performance of single-TLCD (STLCD) is sensitive for tuning frequency ratio. Therefore, MTLCD is proposed to protect such the shortcoming of STLCD. The result of numerical analysis presents improved performance for robustness of MTLCD
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[게시일 2004년 10월 1일]
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