Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.217-222
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2005
Active vibration control of smart hull structure using Macro Fiber Composite (MFC) actuator is performed. Finite element modeling is used to obtain governing equations of motion and boundary effects of end-capped smart hull structure. Equivalent interdigitated electrode model is developed to obtain piezoelectric couplings of MFC actuator. Modal analysis is conducted to investigate the dynamic characteristics of the hull structure, and compared to the results of experimental investigation. MFC actuators are attached where the maximum control performance can be obtained. Active controller based on Linear Quadratic Gaussian (LQG) theory is designed to suppress vibration of smart hull structure. It is observed that closed loop damping can be improved with suitable weighting factors in the developed LQG controller and structural vibration is controlled effectively.
Despite its success and wide application, base isolation system has been challenged for its passive nature, i.e., incapable of working with versatile external loadings. This is particularly exaggerated during near-source earthquakes and earthquakes with dominate low-frequency components. To address this issue, many efforts have been explored, including active base isolation system and hybrid base isolation system (with added controllable damping). Active base isolation system requires extra energy input which is not economical and the power supply may not be available during earthquakes. Although with tunable energy dissipation ability, hybrid base isolation systems are not able to alter its fundamental natural frequency to cope with varying external loadings. This paper reports an overview of new adventure with aim to develop adaptive base isolation system with controllable stiffness (thus adaptive natural frequency). With assistance of the feedback control system and the use of smart material technology, the proposed smart base isolation system is able to realize real-time decoupling of external loading and hence provides effective seismic protection against different types of earthquakes.
As the magnitude and frequency of earthquakes increase in Korea, interest in earthquake damage reduction technology has increased. Therefore, research on vibration damping devices that directly respond to seismic loads is being actively researched. After an earthquake, damage or destruction of the device occurs due to the yield of materials, and thus it takes considerable cost and time for restoration and replacement. To supplement the problems of the existing earthquake damage reduction technology, a study was conducted on the recentering smart damper that can be used continuously after an earthquake. In this study, the recentering smart damper that can be restored to its original shape after load removal was developed using superelastic shape memory alloy, pre-compressed polyurethane. General steel was commonly applied to verify the seismic performance of the superelastic shape memory alloy, and the performance of the smart damper was verified according to the amount of polyurethane pre-compressed
Wang, Kainan;Alaluf, David;Mokrani, Bilal;Preumont, Andre
Smart Structures and Systems
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v.21
no.6
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pp.777-791
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2018
This paper discusses the shape control of deformable mirrors for Adaptive Optics in the dynamic range. The phenomenon of control-structure interaction appears when the mirror becomes large, lowering the natural frequencies $f_i$, and the control bandwidth $f_c$ increases to improve the performance, so that the condition $f_c{\ll}f_i$ is no longer satisfied. In this case, the control system tends to amplify the response of the flexible modes and the system may become unstable. The main parameters controlling the phenomenon are the frequency ratio $f_c/f_i$ and the structural damping ${\zeta}$. Robustness tests are developed which allow to evaluate a lower bound of the stability margin. Various passive and active strategies for damping augmentation are proposed and tested in simulation.
In this study, a structural identification method is proposed to assess the integrity of gravity-type caisson structures by analyzing vibration features. To achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, a simplified structural model with a few degrees-of-freedom (DOFs) is formulated to represent the gravity-type caisson structure that corresponds to the sensors' DOFs. Secondly, a structural identification algorithm based on the use of vibration characteristics of the limited DOFs is formulated to fine-tune stiffness and damping parameters of the structural model. Finally, experimental evaluation is performed on a lab-scaled gravity-type caisson structure in a 2-D wave flume. For three structural states including an undamaged reference, a water-level change case, and a foundation-damage case, their corresponding structural integrities are assessed by identifying structural parameters of the three states by fine-tuning frequency response functions, natural frequencies and damping factors.
The vibration characteristic analysis of sandwich cylindrical shells subjected with magnetorheological (MR) elastomer and constraining layer are considered in this study. And, the discrete finite element method is adopted to calculate the vibration and damping characteristics of the sandwich cylindrical shell system. The effects of thickness of the MR elastomer, constraining layer, applied magnetic fields on the vibration characteristics of the sandwich shell system are also studied in this paper. Additionally, the rheological properties of the MR elastomer can be changed by applying various magnetic fields and the properties of the MR elastomer are described by complex quantities. The natural frequencies and modal loss factor of the sandwich cylindrical shells are calculated for many designed parameters. The core layer of MR elastomer is found to have significant effects on the damping behavior of the sandwich cylindrical shells.
In this study, a procedure to design an optimal LCVA that maximizes the equivalent damping ratio added to the primary structure subjected to along-wind excitation is proposed. That design procedure does not only consider the natural frequency and damping ratio of the LCVA, but also the proportion of the U-shaped liquid, which is closely related to the participation ratio of the liquid mass in inertial force. In addition, constraints to ensure the U-shape of the liquid are considered in the design process, so that suboptimal solutions that violate the optimal tuning law partly are adopted as a candidate of the optimal LCVA. The proposed design procedure of the LCVA is applied to the control of the 76-story benchmark building, and the optimal proportions of the liquid shape under various design conditions are compared.
Recent years, direct displacement-based design (DDBD) procedure is proposed for the design of un-bonded posttensioned (UPT) concrete wall systems. In the DDBD procedure, the determination of the equivalent viscous damping (EVD) ratio is critical since it would influence the strength demand of the UPT wall systems. Nevertheless, the influence of EVD ratio determination of the UPT wall systems were not thoroughly evaluated. This study was aimed to investigate the influence of different EVD ratio determinations on the DDBD procedure of UPT wall systems. Case study structures with four, twelve and twenty storeys have been designed with DDBD procedure considering different EVD ratio determinations. Nonlinear time history analysis was performed to validate the design results of those UPT wall systems. And the simulation results showed that the global responses of the case study structures were influenced by the EVD ratio determination.
It is difficult to calculate the output force of a single-layer piezoelectric actuator under voltage excitation. In this paper, the piezoelectric actuator is organically combined with the mass-spring-damping system, and the deformation of the piezoelectric actuator under voltage excitation is transformed into the displacement of the mass-spring-damping system. Then, according to the differential equation of the system, the formulae of the mechanical output of the piezoelectric actuator under sinusoidal alternating current and DC step excitation are obtained by using the Laplace change and the inverse change, respectively. Finally, the proposed equations are verified by using ceramic piezoelectric actuators and PVDF actuators, respectively. The results are compared with the existing ones, which shows that the proposed method is feasible, easy, and practical.
Damping ratio and frequency have influence on dynamic serviceability or instability such as vortex-induced vibration and displacement amplification due to earthquake and critical flutter velocity, and it is thus important to make determination of damping ratio and frequency accurate. As bridges are getting longer, small scale model test considering similitude law must be conducted to evaluate damping ratio and frequency. Analysis conditions modified by similitude law are applied to experimental test considering different scale ratios. Generally, Nyquist frequency condition based on natural frequency modified by similitude law has been used to determine sampling rate for different scale ratios, and total time length has been determined by users arbitrarily or by considering similitude law with respect to time for different scale ratios. However, Nyquist frequency condition is not suitable for multimode system with noisy signals. In addition, there is no specified criteria for determination of total time length. Those analysis conditions severely affect accuracy of damping ratio. The focus of this study is made on the determination of minimum analysis conditions for different scale ratios. Influence of signal to noise ratio is studied according to the level of noise level. Free initial value problem is proposed to resolve the condition that is difficult to know original initial value for free vibration. Ambient and free vibration tests were used to analyze the dynamic properties of a system using data collected from tests with a two degree-of-freedom section model and performed on full bridge 3D models of cable stayed bridges. The free decay is estimated with the stochastic subspace identification method that uses displacement data to measure damping ratios under noisy conditions, and the iterative least squares method that adopts low pass filtering and fourth order central differencing. Reasonable results were yielded in numerical and experimental tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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