An integrated optimal structural design method for a diagrid structure and control device was developed. A multi-objective genetic algorithm was used and a 60-story diagrid building structure was developed as an example structure. Artificial wind and earthquake loads were generated to assess the wind-induced and seismic responses. A smart tuned mass damper (TMD) was used as a structural control system and an MR (magnetorheological) damper was employed to develop a smart TMD (STMD). The multi-objective genetic algorithm used five objectives including a reduction of the dynamic responses, additional stiffness and damping, mass of STMD, capacity of the MR damper for the integrated optimization of a diagrid structure and a STMD. From the proposed method, integrated optimal designs for the diagrid structure and STMD were obtained. The numerical simulation also showed that the STMD provided good control performance for reducing the wind-induced and seismic responses of a tall diagrid building structure.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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제22권6호
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pp.543-551
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2022
The mechanical performance and vibration damping ratio performance of a specimen according to the polymer mixing rate were evaluated for polymer modified mortar. As a polymer, Styrene Butadiene Rubber(SBR) liquid polymer with a solid content of about 49~51% was used, and the polymer content was increased by liquid 5%. The specimen was 40*40*160(mm), and after curing, compressive strength, flexural strength, and vibration damping ratio were measured using the ultrasonic pulse method. As a result, it was found that the compressive strength decreased as the polymer was mixed, but the flexural strength was increased. The vibration damping ratio increased by 11% at 5% polymer, 28% at 10% polymer, 33% at 15% polymer, and 72 at 20% polymer. I was found that the incorporation of the polymer was very effective to reduce the vibration of the mortar. In addition, through SEM and SEM-EDS analysis, it is determined that the cause of vibration reduction due to polymer mixing is that the polymer film formed in the transition zone of aggregate and internal voids buffered the vibration of the mortar inside. Taken together, in the scope of this study, the appropriate polymer mixing ratio for reducing the vibration of mortar is judged to be about 7.5%.
Many types of smart materials and control laws are available to actively adjust the structure from various external disturbances. Usually, a certain type of control laws to activate a specific smart material is well established, but the effectiveness of the control scheme is limited by the choice of the smart materials and the responses of the structure. ER fluid is adequate to provide relatively large control force, on the other hand, the PZT patches are suitable to provide small but arbitrary control forces at any point along the structure. It was found that active vibration control mechanism using ER fluid failed to suppress the excitation off the resonant frequency with changed structural characteristics along the frequency response function of the closed loop of the control system. To compensate this additional peak of the closed loop system, PPF control using PZT as an actuator is added to construct a hybrid controller.
Alcover-Sanchez, R.;Soria, J.M.;Perez-Aracil, J.;Pereira, E.;Diez-Jimenez, E.
Smart Structures and Systems
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제29권3호
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pp.499-512
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2022
This work proposes a novel contactless vibration damping and thermal isolation tripod platform based on Superconducting Magnetic Levitation (SML). This prototype is suitable for cryogenic environments, where classical passive, semi active and active vibration isolation techniques may present tribological problems due to the low temperatures and/or cannot guarantee an enough thermal isolation. The levitating platform consists of a Superconducting Magnetic Levitation (SML) with inherent passive static stabilization. In addition, the use of Operational Modal Analysis (OMA) technique is proposed to characterize the transmissibility function from the baseplate to the platform. The OMA is based on the Stochastic Subspace Identification (SSI) by using the Expectation Maximization (EM) algorithm. This paper contributes to the use of SSI-EM for SML applications by proposing a step-by-step experimental methodology to process the measured data, which are obtained with different unknown excitations: ambient excitation and impulse excitation. Thus, the performance of SSI-EM for SML applications can be improved, providing a good estimation of the natural frequency and damping ratio without any controlled excitation, which is the main obstacle to use an experimental modal analysis in cryogenic environments. The dynamic response of the 510 g levitating platform has been characterized by means of OMA in a cryogenic, 77 K, and high vacuum, 1E-5 mbar, environment. The measured vertical and radial stiffness are 9872.4 N/m and 21329 N/m, respectively, whilst the measured vertical and radial damping values are 0.5278 Nm/s and 0.8938 Nm/s. The first natural frequency in vertical direction has been identified to be 27.39 Hz, whilst a value of 40.26 Hz was identified for the radial direction. The determined damping values for both modes are 0.46% and 0.53%, respectively.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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제23권6호
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pp.119-127
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2006
A non-destructive time domain approach to examine structural damage using parameterized partial differential equations and Galerkin approximation techniques is presented. The time domain analysis for damage detection is independent of modal parameters and analytical models unlike frequency domain methods which generally rely on analytical models. The time history of the vibration response of the structure was used to identify the presence of damage. Damage in a structure causes changes in the physical coefficients of mass density, elastic modulus and damping coefficients. This is a part of our ongoing effort on the general problem of modeling and parameter estimation for internal damping mechanisms in a composite beam. Namely, in detecting damage through time-domain or frequency-domain data from smart sensors, the common damages are changed in modal properties such as natural frequencies, mode shapes, and mode shape curvature. This paper examines the use of beam-like structures with piezoceramic sensors and actuators to perform identification of those physical parameters, and detect the damage. Experimental results are presented from tests on cantilevered composite beams damaged at different locations and different dimensions. It is demonstrated that the method can sense the presence of damage and obtain the position of a damage.
In grid-connected voltage-source inverters (VSIs), when compared with a simple inductive L filter, the LCL filter has a better performance in attenuating the high frequency harmonics caused by the pulse-width modulation of power switches. However, the resonance peaks generated by the filter inductors and capacitors can make a system unstable. In terms of simplicity and filter design cost, a passive damping method is generally preferred. However, its high power loss and degradation in high frequency harmonic attenuation are significant demerits. In this paper, a mathematical design solution for a passive LCL filter to derive filter parameters suppressing the high frequency current harmonics to 0.3% is proposed. The minimum filter inductance can be obtained to reduce the size of the filter. Furthermore, a minimum damping resistance design considering a current controller is analyzed for a stable closed-loop system. The proposed design method is verified by experimental results using a 5-kW three-phase prototype inverter.
The modal parameters of the deck of Runyang Suspension Bridge (RSB) as well as their relationships with wind and temperature are studied based on the data recorded by its Structural Health Monitoring System (SHMS). Firstly, frequency analysis on the vertical responses at the two sides of the deck is carried out to distinguish the vertical and torsional vibration modes. Then, the vertical, torsional and lateral modal parameters of the deck of RSB are identified using Hilbert-Huang Transform (HHT) and validated by the identified results before RSB was opened to traffic. On the basis of this, the modal frequencies and damping ratios of RSB during the whole process of Typhoon Masta are obtained. And the correlation analysis on the modal parameters and wind environmental factors is then conducted. Results show that the HHT can achieve an accurate modal identification of RSB and the damping ratios show an obvious decay trend as the frequencies increase. Besides, compared to frequencies, the damping ratios are more sensitive to the environmental factors, in particular, the wind speed. Further study on configuring the variation law of modal parameters related with environmental factors should be continued.
MR-TLCD (Magneto-Rheological Tuned Liquid Column Damper) is a new developed vibration control device, which combines the traditional passive control property with active controllability advantage. Based on traditional TLCD governing equation, this study further considers MR-fluid viscosity in the equation and by transforming the non-linear damping term into an equivalent linear damping, a solution can be obtained. In order to find a countable set of parameters for the design of the MR-TLCD system and also to realize its applicability to structures, a series of experimental test were designed and carried out. The testing programs include the basic material properties of the MR-fluid, the damping ratio of a MR-TLCD and the dynamic responses for a frame structure equipped with the MR-TLCD system subjected to strong ground excitations. In both the analytical and experimental results of this study, it is found that the accurately tuned MR-TLCD system could effectively reduce the dynamic response of a structural system.
Mechanical dampers have been proved to be one of the most effective countermeasures for vibration mitigation of stay cables in various cable-stayed bridges over the world. However, for long stay cables, as the installation height of the damper is restricted due to the aesthetic concern, using passive dampers alone may not satisfy the control requirement of the stay cables. In this connection, semi-active MR dampers have been proposed for the vibration mitigation of long stay cables. Although various studies have been carried out on the implementation of MR dampers on stay cables, the optimal damping performance of the cable-MR damper system has yet to be evaluated. Therefore, this paper aims to investigate the effectiveness of MR damper as a semi-active control device for the vibration mitigation of stay cable. The mathematical model of the MR damper will first be established through a performance test. Then, an efficient semi-active control strategy will be derived, where the damping of MR damper will be tuned according to the dynamic characteristics of stay cable, in order to achieve optimal damping of cable-damper system. Simulation study will be carried out to verify the proposed semi-active control algorithm for suppressing the cable vibrations induced by different loading patterns using optimally tuned MR damper. Finally, the effectiveness of MR damper in mitigating multi modes of cable vibration will be examined theoretically.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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한국소음진동공학회 2011년도 추계학술대회 논문집
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pp.349-354
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2011
Tuned mass damper is widely used in many applications of industry. The main advantage of tuned mass damper is that it can increase the damping ratio of system and reduce the vibration amplitude. Meanwhile, the natural frequency of system will be divided by two peaks, and the peak speeds are closely related to the mass and the stiffness of auxiliary mass system added. In addition, the damping ratio will also affect the peak frequency of the dynamic response. In the present research, the nonlinear mechanical characteristics of rubber is investigated and put into use, since it is usually manufactured as the spring element of tuned mass damper. By the sense of the nonlinear stiffness as well as the damping ratio which can be changed by preload applied on, the shape memory alloy is proposed to control the auxiliary mass system by self-optimizing. Supported by the experiment data of rubber, the 1 DOF theoretical model and finite element model based on computer simulation are implemented to perform the feasibility of the proposed semi-active tuned mass damper working on the drive shaft.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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