This paper addresses a sliding mode control of vibration in a flexible structure using ER(electro-rheological) dampers. A clamped-clamped flexible structure system supported by two short columns is considered. Three ER dampers to be operated in shear mode are designed on the basis of Bingham model of the arabic gum-based ER fluid, and attached to the flexible beam structure. After deriving the governing equation of motion and associated boundary conditions, a sliding mode controller is formulated to effectively suppress the vibration of the beam structure caused by sinusoidal and random excitations. In the formulation of the controller, parameter variations such as natural frequency deviation are treated to take into account the robustness of control system. The effectiveness of the proposed control system is confirmed by both simulation and experimental results.
Jang, Hoon;Chai, Jang Bom;Ryu, Ho Geun;Kim, Dong Soo
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.04a
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pp.216-216
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2014
과거 유체 유발 진동(FIV : Fluid Induced Vibration)은 배관계 설계 하중에 고려되지 않은 설계 하중이었다. 하지만, 원자력 발전소 또는 화력 발전소의 배관형상이 복잡하고 고온수가 배관 내부에서 유동하는 배관계에서 육안으로 관측이 가능한 배관진동이 발생하였다. 이에 배관 진동에 대하여 원인 분석과 배관 구조 건전성 평가에 관심을 가지게 되었다. 배관 진동은 배관 형상에 따라 배관 내부 난류 유동에 대한 압력 변동이 하나의 원인이며, 고온수가 유동하는 배관일수록 압력 변동에 대한 배관 진동이 크게 나타나는 것으로 분석되었다. 배관 내부 난류 유동에 대한 압력 변동을 불규칙 수력하중이라고 한다. 본 연구에서는 배관 내부에서 난류 유동으로 발생하는 불규칙 수력하중을 유동해석을 이용하여 PSD(Power Spectral Density)로 산출하고, PSD 하중을 이용하여 불규칙 구조 응답 해석을 수행하여 배관계 응력 분포에 대하여 연구하였다. 배관 내부 난류 유동에 대한 불규칙 수력하중은 DES 난류 모델을 사용하여 시간에 대한 배관 내부 표면의 유체 속도를 유동 해석으로 산출하였으며, 유체 속도를 동압으로 계산한 후 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 PSD 하중으로 산출하였다. 그리고 불규칙 구조 응답 해석에서 배관 내부 유체 영향에 대한 진동 감쇠를 표현하기 위하여 유체 질량을 산출하고, 배관 구조 해석 모델 표면에 질량을 입력하는 방법으로 배관 고유진동수 및 불규칙 구조 응답 해석을 수행하였다.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.1
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pp.56-63
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1985
Methods for evaluating the added masses of square and hexagonal structures with fluid gap are presented. For a sufficiently small fluid gap, an analytical expression for the added mass is found using the method of matched asymptotic expansion. Experimental data and numerical results using finite element method are also obtained for various sizes of fluid gap. It is shown that added masses increase in inverse proportion to the fluid gap as it becomes smaller. Experimental data, theoretical and numerical results are in good agreement.
Kim, Sung-Il;Cho, Jae-Yeol;Yeo, In-Ho;Lee, Hee-Up;Bang, Choon-Seok
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.98-101
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2006
As an alternative of conventional prestressed concrete (PSC) girders, various types of PSC girders are being developed and applied in bridge structures. Incrementally prestressed concrete girder is one of these newly developed girders. According to design concept, these new types of PSC girders have considerable advantages to reduce their self-weight and make spans longer. However, dynamic interaction between bridge superstructures and passing trains would be sometimes one of critical issues in these more flexible railway bridges. Therefore, it is very important to evaluate modal parameters of newly designed bridges before conducting dynamic analyses. In the present paper, a 25 meters long full scale PSC girder was fabricated as a test specimen and modal testing was carried out to evaluate modal parameters including natural frequencies and modal damping ratios at every prestressing stage. In the modal testing, a digitally controlled vibration exciter as well as an impact hammer is applied to obtain frequency response functions more exactly and the modal parameters are evaluated varying with construction stages. Prestressed force effects on changes of modal parameters are analyzed at every incremental prestressing stage.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.11-12
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2010
PSC girder with holed web have several benefits. Most of all placing tendon anchorage in the holes can make prestressing forces be loaded stepwise. In addition it can reduce the self-weight of the beams and increase the span length of beams. And holed web might minimize the interference of view. In this study, a 50-meter long full scale multilevel post-tensioned PSC girder was fabricated and modal test was carried out. In order to obtain precise frequency response, vibration exciter was placed at the middle of the girder and excited with several frequencies. Natural frequency and damping ratio were evaluated from FFT and PSD using the obtained frequency response and compared with numerical analysis result.
A certain amount of MBS rubber was added to improve toughness of PVC which has a strong tendency of being brittle, producing a mixture, PVC/MBS, from which test specimens were prepared. PVC has strong chemical resistance, oil resistance, frame retardancy and high mechanical strength. Also, it is relatively inexpensive to produce, but shows weakness to impact and difficult for processing. MBS, a typical toughening agent for PVC is generally known, when added in a small amount, to improve impact resistance and to minimize difficulties during the processing of the PVC without adversely affecting the positive aspects of the PVC. In this investigation, attempts were made to observe and determine the variations in elastic and damping constants of the PVC depending on the amounts of MBS added to the mixture, PVC/MBS, and also on the thicknesses of the specimens. An acoustic resonance technique was used for the tests in this investigation. It serves as a method to characterize properties of materials set in vibrational motions, which is initiated by low level stresses generated by externally supplied acoustic energy. Substantial variations were observed in the test results with the addition of the MBS to the PVC. Generally, the magnitudes of elastic constants decrease while the damping capacity improves when MBS rubber was added.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.2
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pp.110-122
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1996
본 논문에서는 전기유동유체(Electro-Rheological Fluid : ERF)를 함유하는 지능구조물의 동적 모델링 및 진동제어를 수행하였다. 먼저 실리콘 오일을 기본용매로 하여 조성된 ERF의 복소 전단모듈러스를 전장부하와 가진 주파수의 함수로 동적 회전모드 실험을 통하여 도출한 후, 이를 샌드위치 보 이론과 연계하여 동적 모델링을 실시하였다. 도출된 6차 편미분방정식 형태의 지배 방정식을 유한요소 모델로 이산화하여 전장부하에 따른 지능구조물의 동탄성 특성값인 감쇠 고유 주파수 및 모달 손실계수를 주파수 영역에서 얻었다. 그리고 ERF를 함유한 샌드위치 형태의 지능구조물을 제작한 후 실험적으로 얻은 동탄성 특성값과 모델에 의해 예측된 동탄성 특성값을 비교 고찰하여 제시된 동적 모델에 대한 타당성을 입증하였다. 또한 모델을 통해 전장부하 함수로 예측된 주파수 응답곡선 중에서 각 주파수 대역에 대해 최소 변위가 되는 응답곡선을 요구응답으로 설정한 후, 그에 해당하는 전장부하를 선정하는 논리적인 능동 진동제어 알고리즘을 제안하였다. 제어알고리즘의 유용성을 입증하기 위해 실험적으로 수행된 능동 진동제어 결과를 주파수영역과 시간영역에서 제시하였다.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2001.09a
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pp.117-124
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2001
A simplified method fur the eigenpair sensitivities of damped system with multiple eigenvalues is presented. This approach employs a reduced equation to determine the sensitivities of eigenpairs of the damped vibratory systems with multiple natural frequencies. In the proposed method, adjacent eigenvectors and orthonormal conditions are used to compute an algebraic equation whose order is (n+m)x(n+m), where n is the number of coordinates and m the number of multiplicity of multiple natural frequencies. The proposed method is an improved Lee and Jung's method which was developed previously. Two equations are used to find eigenvalue derivatives and eigenvector derivatives in Lee and Jung's method. A significant advantage of this approach over Lee and Jung's method is that one algebraic equation newly developed is enough to compute such eigenvalue derivatives and eigenvector derivatives. This method can be consistently applied to both structural systems with structural design parameters and mechanical systems with lumped design parameters. To demonstrate the theory of the proposed method and its possibilities in the case of multiple eigenvalues, the finite element model of the cantilever beam and 5-DOF mechanical system in the case of a non-proportionally damped system are considered as numerical examples. The design parameter of the cantilever beam is its height. and that of the 5-DOF mechanical system is a spring.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.20
no.5
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pp.37-42
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1983
The elliptic functions have transmission zeros on the imaginary axis and exhibit equal ripples in the stopband as well as in the passband. As a consequence they can be made optimal in the sense that the transition band is minimal. However the time domain behaviors turned out to be inferior to those of Chebyshev and Butterworth responses. This paper investigates the unit step responses and impulse responses in order to analyze the effects of various parameters such as passband attenuation, stopband frequencies M. etc., The following are the prominent features. Step responses of elliptic filters rise faster and produce larger overshoots and undershoots with higher natural frequencies. In the case of even functions, the initial values are non-zero which decreases as $\omega$s increases. Unlike Butter-worth or Chebyshev cases the impulse responses start with nonzero valses which also decrease as $\omega$s or order of the function increases. Eight figures are included to illustrate above analysis.
현재 사용되고 있는 진동감쇠능 Mg-Zr 합금인 K1A는 우수한 진동감쇠능을 갖으나 열악한 기계적 특성과 Zr이 고가이면서 고융점 원소로 합금화가 어렵다는 문제점 때문에 진동테이블, 미사일 유도시스템 및 레코딩 장비 등에 소량만 적용되고 있다. Mg-Ni 합금의 경우Ni가 Mg 용탕 내에 고용되지 않아 우수한 진동감쇠능을 갖으나 Fe, Cu등과 함께 Mg의 부식을 가속시키는 원소로 사용이 제한적일 뿐 아니라 Zr과 마찬가지로 Ni도 고융점 원소로 합금화가 어렵다는 것도 문제점으로 작용하고 있다. Mg-Si 합금의 경우 Si이 극소량만 고용되어 우수한 진동감쇠능을 보이며 Ni과 달리 부식에 영향을 받지 않는 원소이지만 Zr, Ni와 마찬가지로 고가이면서 고융점 원소로 합금화가 어렵다는 문제점이 있다. Mg 용탕에 첨가하게 되면 용탕의 표면에 MgO, CaO 피막을 형성하여 발화현상을 억제할 뿐 아리라 첨가량의 증가에 따라 발화온도를 상승시키는 Ca의 경우 Mg 내에 고용되어 진동감쇠능을 감소시킬 뿐 아니라 유동성 저하 및 열간균열을 야기하는 것으로 나타났다. 그러나 CaO의 경우 Mg내에 고용되지 않고, 가격이 저렴하며 Mg 고유 특성의 변화가 적다. 또한 Ca와 같이 Mg 용탕의 발화를 억제하여 보호가스인 $SF_6$를 사용하지 않아도 된다. 이런 다양한 장점을 갖는 CaO를 첨가한 Mg합금이 진동감쇠능을 유지하면서 기계적 특성이 향상된다면 주행 시 안전성 및 정음성이 요구되는 수송기기 분야와 외부충격으로부터 데이터 보호가 필수적인 휴대용 전자정보통신기기 분야에서 적용이 증가할 전망이며 이에 따라 이 분야에 대한 지속적인 연구와 투자가 이루어져야 할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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