This paper proposes the application of active multiple tuned mass dampers (AMTMD) for translational and torsional response control of a simplified two-degree-of-freedom (2DOF) structure, able to represent the dynamic characteristics of general asymmetric structures, under the ground acceleration. This 2DOF structure is a generalized 2DOF system of an asymmetric structure with predominant translational and torsional responses under earthquake excitations using the mode reduced-order method. Depending on the ratio of the torsional to the translational eigenfrequency, i.e. the torsional to translational frequency ratio (TTFR), of asymmetric structures, the following three cases can be distinguished: (1) torsionally flexible structures (TTFR < 1.0), (2) torsionally intermediate stiff structures (TTFR = 1.0), and (3) torsionally stiff structures (TTFR > 1.0). The even distribution of the AMTMD within the whole width and half width of the asymmetric structure, thus leading to three cases of installing the AMTMD (referred to as the AMTMD of case 1, AMTMD of case 2, AMTMD of case 3, respectively), is taken into account. In the present study, the criterion for searching the optimum parameters of the AMTMD is defined as the minimization of the minimum values of the maximum translational and torsional displacement dynamic magnification factors (DMF) of an asymmetric structure with the AMTMD. The criterion used for assessing the effectiveness of the AMTMD is selected as the ratio of the minimization of the minimum values of the maximum translational and torsional displacement DMF of the asymmetric structure with the AMTMD to the maximum translational and torsional displacement DMF of the asymmetric structure without the AMTMD. By resorting to these two criteria, a careful examination of the effects of the normalized eccentricity ratio (NER) on the effectiveness and robustness of the AMTMD are carried out in the mitigation of both the translational and torsional responses of the asymmetric structure. Likewise, the effectiveness of a single ATMD with the optimum positions is presented and compared with that of the AMTMD.
Mishra, Kaushik;Panda, Subrata K.;Kumar, Vikash;Dewangan, Hukum Chand
Smart Structures and Systems
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v.26
no.3
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pp.391-401
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2020
The present article reports the feasibility of the electrical energy generation from ambient low-frequency vibration using a piezoelectric material mounted on a bimorph cantilever beam actuator. A corresponding higher-order analytical model is developed using MATLAB in conjunction with finite element method under low-frequency with both damped and undamped conditions. An alternate model is also developed to check the material and dimensional viability of both piezoelectric materials (mainly focussed to PVDF and PZT) and the base material. Also, Genetic Algorithm is implemented to find the optimum dimensions which can produce the higher values of voltage at low-frequency frequencies (≤ 100 Hz). The delamination constraints are employed to avoid inter-laminar stresses and to increase the fracture toughness. The delamination has been done using a Teflon sheet sandwiched in between base plates and the piezo material is stuck to the base plate using adhesives. The analytical model is tested for both homogenous and isotropic material characteristics of the base material and extended to investigate the effect of the different geometrical parameters (base plate dimensions, piezo layer dimensions and placement, delamination thickness and placement, excitation frequency) on the model responses of the bimorph cantilever beam. It has been observed that when the base material characteristics are homogenous, the efficiency of the model remains higher when compared to the condition when it is of isotropic material. The necessary convergence behaviour of the current numerical model has been established and checked for the accuracy by comparing with available published results. Finally, using the results obtained from the model, a prototype is fabricated for the experimental validation via a suitable circuit considering Glass fibre and Aluminium as the bimorph material.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.3
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pp.353-359
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2010
For achieving economical fuel consumption, an increase in the load bearing capacity, and for environmental conservation, there is a constant demand for lightweight frames of commercial vehicles used in the transportation industry. In this study, a structural analysis of the frame of a heavy flat-bed trailer was performed to determine the optimal design of a new lightweight frame made of high-strength steel. To identify the key design parameters of the trailer frame, Taguchi's orthogonal array was used in the experiments. Using ANSYS, a commercial FEA program, the frame structure was optimized with respect to stress, deflection, and torsional stiffness by performing stress and vibration analyses. A physical model of the trailer was also built to verify the validity of the numerical analyses. Finally, an on-road fatigue test of the new lightweight frame made of the high-strength steel, ATOS80, was performed to confirm the durability of the new design.
The validation of performance test for newly developed or old-used sensor is very important in the earthquake monitoring and seismology using earthquake data. Especially the frequency response of the sensor is mainly used to correct the earthquake data. The technique of the calculation of phase and amplitude with Hilbert transformation for earthquake data that is filtered with band limited frequency in time domain is applied to calculate the frequency response of the sensor. This technique was tested for the acceleration sensors, CMG-5T of 1g and 2g installed on the vibration table at the laboratory and we could obtain satisfactory result. Tohoku large earthquake in 2011 observed at the station SNU that has accelerometer, ES-T and seismometer, STS-2 operated by KIGAM was also used to test the field data applicability. We could successfully get the low frequency response of broad band sensor, STS-2. The technique by using band limited frequency filter and Hilbert transformation showed the superior frequency response to the frequency spectrum ratio method for noisy part in data.
The operation of KTX in Korea has launched since 2004, which brought about a great change in railroad industry. We have acquired lots of great know-hows, especially in railroad construction and operation field. Therefore, we have been building up numerous operation skills until now. However, it was necessary to investigate some of the equipment based on our own environment because the high speed train system were totally imported. In case of Toughened Glass Stem Insulator, it was totally new type in domestic. This paper introduces estimation method and result in three different field aspect, such as an electrical field, a physical field, and environmental circumstances. First, in case of an electrical field, amplitude and a number of time for switching surge voltage data were collected. Second, in case of a physical field, amplitude and trend of vibration in to the insulator were examined. Finally, in case of environmental circumstances, flying possibility of gravel and ice clod were investigated. Also shrink and expend characteristic according to temperature were reviewed. Through this basic data, suitability for Toughened Glass Stem Insulator using in domestic high speed railway have been accumulated and estimated.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.6
no.1
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pp.477-483
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2020
The rehabilitation methods used in existing concrete box structures rely on the method of attaching the repair material to the section of the structure with a spray equipment. In the case of ceiling or wall parts, the adhesion force to the repair material may be reduced by the gravity and dead load after construction. In subway structures, vibration causes a problem that reduces the initial adhesion. Supplementary measures are needed as the quality of repair varies depending on the worker's proficiency and construction environment. In this study, mechanical pressurization equipment was developed that can apply a certain pressure after construction of a repairwork to solve problems such as reduction of adhesion of repair materials by gravity and variation of repair quality by labor work. To find out the effect of the pressurized equipment, a chamber similar to the field conditions was constructed to measure the attachment strength different from the pressurized condition, the section, and the environmental conditions. The pressurization differed from the other parts, but the adhesion strength of up to 70% was increased.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.3
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pp.1-9
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2011
The purpose of this study is to examine the dynamic characteristics of low, medium and high speed Maglev trains and guideways through dynamic interaction analysis. The coupled dynamic equations of motion for a vehicle of 10-dof and the associated guideway girders are developed by superposing vibration modes of the girder itself. The controller used in the UTM-01 Maglev vehicle is adopted to control the air gap between the bogie and guideway in this study. The effect of roughness, the guideway deflection-ratio and vehicle speed on the dynamic response of the maglev vehicle and guideway are then investigated using the 4th Runge-Kutta method. From the numerical simulation, it is found that the air gap increases with an increase of vehicle speed and the roughness condition. In particular, the dynamic magnification factor of the guideway girder is small at low and medium speeds, but the factor is noticeable at super-high speeds.
Sim, Sung Hun;Yoon, Jong Chan;Son, Su Won;Kim, Jin Man
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.5
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pp.211-217
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2020
Earthquake preparedness has become more important with recent increase in the number of earthquakes in Korea, but many existing structures are not prepared for earthquakes. There are various types of liquefaction prevention method that can be applied, such as compaction, replacement, dewatering, and inhibition of shear strain. However, most of the liquefaction prevention methods are applied before construction, and it is important to find optimal methods that can be applied to existing structures and that have few effects on the environment, such as noise, vibration, and changes in underground water level. The purpose of this study is to estimate the correlation between the displacement of a structure and variations of pore water pressure on the ground in accordance with the depth of the sheet file when liquidation occurs. To achieve this, a shaking table test was performed for Joo-Mun-Jin standard sand and an earth pressure, accelerometer, pore water pressure transducer, and LVDT were installed in both the non-liquefiable layer and the liquefiable layer to measure the subsidence and excess pore water pressure in accordance with the time of each embedded depth. Then the results were analyzed. A comparison of the pore water pressure in accordance with Hsp/Hsl was shown to prevent lateral water flow at 1, 0.85 and confirmed that the pore water pressure increased. In addition, the relationship between Hsp/Hsl and subsidence was expressed as a trend line to calculate the expected settlement rate formula for the embedded depth ratio.
Cavitation corrosion in many industrial plants has recently become a serious issue. Cavitation corrosion has generally been investigated using a vibratory method based on ASTM G32 standard, and the test can be divided into direct cavitation and indirect cavitation. Cavitation corrosion test uses the vibration frequency of the horn of 20 kHz with constant peak-to-peak displacement amplitude. In this work, the peak-to-peak amplitude was controlled from 15 ㎛ to 85 ㎛, and electrochemical measurements were obtained during indirect cavitation. The relationship between cavitation corrosion rate and electrochemical properties was discussed. Corrosion steps of carbon steel at the initial stage under cavitation condition in 3.5 % NaCl can be proposed. When the cavitation strength is relatively low, corrosion of the steel is more affected by the electrochemical process than by the mechanical process; but when the cavitation strength is relatively high, corrosion of the steel is affected more by the mechanical process than by the electrochemical process. This work confirmed that the critical ultrasonic amplitude of 0.42 %C carbon steel is 53.8 ㎛, and when the amplitude is less than 53.8 ㎛, the corrosion effect during the cavitation corrosion process is higher than the mechanical effect.
The hydrophones is mounted in many applications on a vibrating surface and functions as an underwater acoustic signal receiver without sensing the vibrations from the mounting surface. However, their performance is usually degraded by the interference of exterior noises such as acoustic cavitation in water stream, host structural vibration in the hull, and propeller motions. This paper describes the design and evaluation of a self noise suppressing hydrophones which shows very poor sensitivity to the external noises, first, effects of the external noise on the its receiver performance is simulated with finite element method(FEM). Second, the geometrical variations are implemented on the original structure that include additional air pockets and acoustic walls which work as acoustic shied or scatter of the noises. The results show that the effect of the external noise is the most significant when it is applied near to the bottom of the side wall of the hydrophones. The transverse noise induced by the outside water flow is isolated most effectively when a thin compliant (damping) layer combined with two air pockets is inserted to the circumference of the nose. Noise level is reduced about fifty nine percent of that of the original structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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