Zenz, Georg;Berger, Wolfgang;Gerstmayr, Johannes;Nader, Manfred;Krommer, Michael
Smart Structures and Systems
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v.12
no.5
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pp.547-577
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2013
To suppress vibration and noise of mechanical structures piezoelectric ceramics play an increasing role as effective, simple and light-weighted damping devices as they are suitable for sensing and actuating. Out of the various piezoelectric damping methods this paper compares mode based active control strategies to passive shunt damping for thin plates. Therefore, a new approach for the optimal placement of the piezoelectric sensors/actuators, or more general transducers, is proposed after intense theoretical investigations based on the Kirchhoff kinematical hypotheses of plates; in particular, modal and nilpotent transducers are discussed in detail. Based on the proposed distribution a discrete design for modal transducers is implemented, tested and verified on an experimental setup. For active control the modal sensors clearly identify the eigenmodes, whereas the modal actuators impose distributed eigenstrains in order to reduce the transverse plate vibrations. In contrast to the modal control, passive shunt damping works without requiring additional actuators or auxiliary power and can therefore act as an autonomous system, but it is less effective compensating the flexible vibrations. Exemplarily, an acryl glass plate disturbed by an arbitrary force initialized by a loudspeaker is investigated. Comparing the different methods their specific advantages are highlighted and a significant broadband reduction of the vibrations of up to -20dB is obtained.
Alvaro Javier Florez;Luis Felipe Giraldo;Mariantonieta Gutierrez Soto
Smart Structures and Systems
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v.34
no.2
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pp.73-85
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2024
Smart base-isolated buildings rest on flexible pads known as base isolators that minimize the effect of external disturbances along with active/semi-active actuators. The strategies used to control these active components are typically based on system models that are known a priori. Although these models describe some of the most important dynamics of the elements involved in the system, the high degree of uncertainty in the behavior of a structure under external disturbances is very difficult to characterize using a fixed model. In this work, we propose a strategy that deals with this issue: the input that controls the actuator in the base isolation system results from the compound action of a controller that relies on a model of the system that is known a priori, and a control policy that is designed based on online data-driven inferences on the behavior of the system. In this way, the control design process incorporates both the prior information about the system and the unknowns of the system, such as non-modeled parameters and nonlinear behaviors in the building. We show through simulations the performance of the proposed method in an eight-story building subjected to seismic loading.
Background: Pain control is a crucial aspect of pediatric dentistry for patient management. Thermo-mechanical devices (BuzzyTM Pain Care Labs, USA) work on the concept of vibration and cooling and have shown promising results in pain control during local anesthesia in pediatric dentistry. On the other hand, audio distraction has also been used for pain management. The amount of pain endured is determined by the patient's perception and attentiveness. Thus, if audio function is added to the thermomechanical device it might increase its efficiency. Hence, the present study aimed to compare pain on injection using a thermo-mechanical device with and without audio during inferior alveolar nerve block (IANB) injection in children aged 5-10 years old. Methods: Twenty-eight children aged between 5 and 10 indicated for IANB were included in this randomized study. Children who were undergoing the dental procedure were divided into 2 groups, with 14 children in each group. The study group was the thermo-mechanical device with audio distraction; the control group was the thermo-mechanical device without audio distraction. IANB was administered. Subjective pain evaluation was performed using the Wong-Baker Faces Pain Rating Scale (WBFPR) and objective pain evaluation was done using the Faces, Leg, Activity, Consolability, Cry (FLACC) scale. Results: The outcome depicted a significant reduction in pain on injection for both objective and subjective evaluations in the thermo-mechanical device with an audio distraction group. Conclusions: Less pain on injection was observed, when a thermo-mechanical device was used with audio distraction for IANB procedures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.1
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pp.174-184
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1997
A shock wave, being an irreversible process, gives rise to entropy increase. A great deal of effort has been made to control shock wave and boundary layer interaction related to energy losses as well as problems of vibration and noise. In the present study, tests are performed on a roof mounted half circular arc in an indraft type supersonic wind tunnel to evaluate the effects of porosity, length and depth of cavity in passive control of shock wave on the attenuation of shock strength by reviewing the measured static pressures at the porous wall and cavity. Also the flow field is visualized by a Schlieren system. The results show that in the present study the porosity of 8% produced the largest reduction of pressure fluctuations and that for the same porosity, the strength of shock wave decreases with the increasings of the depth and length of cavity.
An optimal sensor placement (OSP) method based on structural subsection technique (SST) and model reduction technique was proposed for modal identification of truss structures, which was conducted using genetic algorithm (GA). The constraints of GA variables were determined by SST in advance. Subsequently, according to model reduction technique, the optimal group of master degrees of freedom and the optimal objective function value were obtained using GA in a case of the given number of sensors. Correspondingly, the optimal number of sensors was determined according to optimal objective function values in cases of the different number of sensors. The proposed method was applied on a scaled jacket offshore platform to get its optimal number of sensors and the corresponding optimal sensor layout. Then modal kinetic energy and modal assurance criterion were adopted to evaluate vibration energy and mode independence property. The experiment was also conducted to verify the effectiveness of the selected optimal sensor layout. The results showed that experimental modes agreed reasonably well with numerical results. Moreover the influence of the proposed method using different optimal algorithms and model reduction technique on optimal results was also compared. The results showed that the influence was very little.
Accurate finite element (FE) models are needed in many applications of Civil Engineering such as health monitoring, damage detection, structural control, structural evaluation and assessment. Model accuracy depends on both the model structure (the form of the equations) and the model parameters (the coefficients of the equations), and can be generally improved through that process of experimental reconciliation known as model updating. However, modelling errors, including (i) errors in the model structure and (ii) errors in parameters excluded from adjustment, may bias the solution, leading to an updated model which replicates measurements but lacks physical meaning. In this paper, an application of ambient-vibration-based model updating to a large-scale benchmark prototype of a building structure is reported in which both types of error are met. The error in the model structure, originating from unmodelled secondary structural elements unexpectedly working as resonant appendages, is faced through a reduction of the experimental modal model. The error in the model parameters, due to the inevitable constraints imposed on parameters to avoid ill-conditioning and under-determinacy, is faced through a multi-model parameterization approach consisting in the generation and solution of a multitude of models, each characterized by a different set of updating parameters. Results show that modelling errors may significantly impair updating even in the case of seemingly simple systems and that multi-model reasoning, supported by physical insight, may effectively improve the accuracy and robustness of calibration.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.06a
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pp.1549-1554
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2000
HDD structure is excited by the dynamic motion of disk-spindle motor components. Those excitations which are generated at stator and magnet rotor, at bearings and from disk dynamics, are transmitted through motor spindle and flange to HDD cover and base. The operational deflection shape measurement can show the structural excitation patterns at the most influent frequency on the acoustic noise level. One of those components is the axial excitation along spindle, and the other is the local orbital excitation at contact area of motor flange and base. To make a reduction of those structural transmission excitations, the structure of spindle motor is modified to the direction of reinforcement at transmission path without change of bearings, magnet and coil. Some excitation of spindle motor component carrying out essential function is unavoidable. So it is the efficient way of HDD noise improvement to control the structural transmission of excitation.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.19
no.3
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pp.33-40
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2019
A seismic isolation system is one of the most effective control devices used for mitigating the structural responses due to earthquake loads. This system is generally used as a type of base isolation system for low- and mid-rise building structures. If the base isolation technique is applied to high-rise buildings, a lot of problems may be induced such as the movement of isolation bearings during severe wind loads, the stability problem of bearings under large compression forces. Therefore, a mid-story isolation system was proposed for seismic protection of high-rise buildings. Residence-commerce complex buildings in Korea have vertical irregularity because shear wall type and frame type structures are vertically connected. This problem can be also solved by the mid-story isolation system. An effective analytical method using super elements and substructures was proposed in this study. This method was used to investigate control performance of mid-story isolation system for residence-commerce complex buildings subjected to seismic loads. Based on numerical analyses, it was shown that the mid-story isolation system can effectively reduce seismic responses of residence-commerce complex tall buildings.
Park, Sang-Won;Choi, Hun-Seok;Singhose, William;Hong, Seong-Wook
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.4
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pp.71-78
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2007
Input shaping is known to be a very effective tool for suppressing residual vibration without introducing any complicated sensors and feedback control. Real-time input shaping schemes necessitate a process such that the input command is discretized to deal with non-prescribed, real-time input. Thus parameters associated with input command discretization, such as time spacing and duration time, are unknowns which affect the performance of input shaping schemes, especially for small and fast XY stages. This paper investigates the effects of input command discretization parameters, such as time spacing and duration time, on the dynamic performance of XY stages subjected to real-time input shaping. An experimental system is developed which is equipped with an XY stage driven by servo-motors and real-time user command. Experiments are performed to investigate the dynamic performance of XY stage by changing these parameters and to yield a strategy to gain better performance.
A discharge free Electro-Rheological Squeeze Film Damper (ER-SFD) with predetermined-clearances at leakage ends can inherently eliminate electric discharge problems while still supplying stable leakage control. Test results show that the damping force of the slotted-ring ER-SFD is mainly affected by electric voltage, oil supply pressure, position of the damper and ratio of effective surface area of slotted-rings. As the supply voltage is larger, the amplitudes of both slotted ER-SFD and rotor are decreased at first and second critical speeds. The influence of the oil supply pressure and the effective surface area ratio was shown mainly near the first critical speed. The effective surface area ratio of slotted-rings influences the reduction of flexible rotor vibration. As a result, experimental results confirm that the slotted-ring ER-SFD satisfactorily controls the flexible rotor vibration, while eliminates the inherent electric discharge problems in conventional ER-SFDs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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