While tuned mass dampers are found to be effective in suppressing vibration in a tall building, integrating it with a semi-active control system enables it to perform more efficiently. In this paper a forty-story tall steel-frame building designed according to the Canadian standard, has been studied with and without semi-active and passive tuned mass dampers. The building is assumed to be located in the Vancouver, Canada. A magneto-rheological fluid based semi-active tuned mass damper has been optimally designed to suppress the vibration of the structure against seismic excitation, and an appropriate control procedure has been implemented to optimize the building's semi-active tuned mass system to reduce the seismic response. Furthermore, the control system parameters have been adjusted to yield the maximum reduction in the structural displacements at different floor levels. The response of the structure has been studied with a variety of ground motions with low, medium and high frequency contents to investigate the performance of the semi-active tuned mass damper in comparison to that of a passive tuned mass damper. It has been shown that the semi-active control system modifies structural response more effectively than the classic passive tuned mass damper in both mitigation of maximum displacement and reduction of the settling time of the building.
Coupled building control is a viable method to protect tall buildings from seismic excitation. In this study, the semi-active control of a building complex is investigated for mitigating seismic responses. The building complex is formed of one main building and one podium structure connected through Magneto-Rheological (MR) Dampers and Tuned Mass Damper. The conventional semi-active control techniques require a primary controller as a reference to determine the desired control force, and modulate the input voltage of the MR damper by comparing the desired control force. The fuzzy logic directly determines the input voltage of an MR damper from the response of the MR damper. The control performance of the proposed fuzzy control technique for the MR damper is evaluated for the control problem of a seismically-excited building complex. In this paper, a building complex that include a 14-story main building and an 8-story podium structure is applied as a numerical example to demonstrate the effectiveness of semi-active control with Magneto-Rheological dampers and its comparison with the passive control with the Tuned Mass Damper and two uncoupled buildings and hybrid semi-active control including the Tuned Mass Damper and Magneto-Rheological dampers while they are subject to the earthquake excitation. The numerical results show that semi-active control and hybrid semi-active control can significantly mitigate the seismic responses of both buildings, such as displacement and shear force responses, and fuzzy control technique can effectively mitigate the seismic response of the building complex.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.23-25
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2014
This paper is concerned with design and control of semi-active tuned mass damper. The equipment consists of permanent magnet and coil. If current flowing in coil is changed, the natural frequency of the semi-active tuned mass damper is changed. In previous research, a current flowing in coil was changed manually. In this time, we design the feedback control system. The experiment proceed that the excitation frequency is shifted from 4Hz to 9Hz. The result of experiment proves that semi-active tuned mass damper is better than passive tuned mass damper in performance of absorbing vibration.
Lalonde, Eric R.;Dai, Kaoshan;Bitsuamlak, Girma;Lu, Wensheng;Zhao, Zhi
Wind and Structures
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v.30
no.6
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pp.663-678
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2020
Robust semi-active vibration control of wind turbines using tuned mass dampers (TMDs) is a promising technique. This study investigates a 1.5 megawatt wind turbine controlled by eight different types of tuned mass damper systems of equal mass: a passive TMD, a semi-active varying-spring TMD, a semi-active varying-damper TMD, a semi-active varying-damper-and-spring TMD, as well as these four damper systems paired with an additional smaller passive TMD near the mid-point of the tower. The mechanism and controllers for each of these TMD systems are explained, such as employing magnetorheological dampers for the varying-damper TMD cases. The turbine is modelled as a lumped-mass 3D finite element model. The uncontrolled and controlled turbines are subjected to loading and operational cases including service wind loads on operational turbines, seismic loading with service wind on operational turbines, and high-intensity storm wind loads on parked turbines. The displacement and acceleration responses of the tower at the first and second mode shape maxima were used as the performance indicators. Ultimately, it was found that while all the semi-active TMD systems outperformed the passive systems, it was the semi-active varying-damper-and-spring system that was found to be the most effective overall - capable of controlling vibrations about as effectively with only half the mass as a passive TMD. It was also shown that by reducing the mass of the TMD and adding a second smaller TMD below, the vibrations near the mid-point could be greatly reduced at the cost of slightly increased vibrations at the tower top.
A semi-active mass damping (SMD) system with magnetorheological (MR) dampers focusing on low- and mid-rise buildings is proposed in this paper. The main purpose of this study is to integrate the reliable characteristics of the traditional tuned mass damper (TMD) and the superior performance of the active mass damper (AMD) to the new system. In addition, the commonly seen solution of deploying dense seismic dampers throughout the structure nowadays to protect the main structure is also expected to switch to the developed SMD system on the roof with a similar reduction performance. In order to demonstrate this concept, a full-size three-story steel building representing a typical mid-rise building was used as the benchmark structure to verify its performance in real life. A numerical model with the interpolation technique integrated was first established to accurately predict the behavior of the MR dampers. The success of the method was proven through a performance test of the designated MR damper used in this research. With the support of the MR damper model, a specific control algorithm using a continuous-optimal control concept was then developed to protect the main structure while the response of the semi-active mass damper is discarded. The theoretical analysis and the experimental verification from a shaking table test both demonstrated the superior mitigation ability of the method. The proposed SMD system has been demonstrated to be readily implemented in practice.
A new class of semi-active tuned mass dampers, named as "Ground Hook Tuned Mass Damper" (GHTMD) is introduced. This TMD uses a continuously variable semi-active damper (so called 'Ground-Hook') in order to achieve more reduction in the vibration level. The ground-hook dampers have been used in the auto-industry as a means of reducing the vibration of primary suspension systems in vehicles. This paper investigates the application of this damper as an element of a tuned damper for the vibration reduction of force-excited single degree of freedom (SDOF) models that can be representative of many structural systems. The optimum design parameters of GHTMDs are obtained based on the minimization of the steady-state displacement response of the main mass. The optimum design parameters which are evaluated in terms of non-dimensional values of the GHTMD are obtained for different mass ratios and main mass damping ratios. Using the frequency responses of the resulting systems, performance of the GHTMD is compared to that of equivalent passive TMD, and it is found that GHTMDs are more efficient. A design methodology to obtain the tuning parameters of GHTMD using the relationships developed in this paper is presented.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.1
s.47
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pp.51-62
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2006
To dale, lots of types of tuned mass dampers are developed and investigated to reduce dynamic responses of a structure due to various causes. In this study, control performance of semi-active tuned mass damper(STMD), that can change the damping of tuned mass damper in real time based on structural responses, was investigated with respect to various types of excitation employing numerical simulation. Skyhook control algorithm was used to appropriately modulate the damping ratio of semi-active damper that composes STMD. The control effectiveness of a STMD under harmonic and random excitation were evaluated using a single-degree-of-freedom (SDOF) structure in comparison with a conventional passive tuned mass damper (TMD). The robustness of a STMD and a passive TMD were compared along with the variation of the mass of a SDOF structure. The control performance of STMD using magnetorheological (MR) damper was also investigated in this study. Based on the numerical studios, it was shown that the control effectiveness of the STMD was significantly superior to that of a passive TMD with respect to harmonic and random excitation.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.259-266
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2003
This paper begins with the seismic performance evaluation of an existing building, which exhibits the need of additional damping to reduce its response. Required damping ratio is found by capacity spectrum method to satisfy a target response. It is expressed with the design parameter of active mass damper by adopting Linear Quadratic Regulator, Optimal gains are obtained and then weighting matrices are found. Finally the seismic performance by added active mass damper is demonstrated, which satisfies the target response.
An active mass damper system for flutter control of bridges is presented. Flutter stability of bridge structures is improved with the help of eccentric rotational actuators (ERA). By using a bridge girder model that moves in two degrees of freedom and is subjected to wind, the equations of motion of the controlled structure equipped with ERA are established. In order to take structural nonlinearities into consideration, flutter analysis is carried out by numerical simulation scheme based on a 4th-order Runge-Kutta algorithm. An example demonstrates the performance and efficiency of the proposed device. In comparison with known active mass dampers for flutter control, the movable eccentric mass damper and the rotational mass damper, the power demand is significantly reduced. This is of advantage for an implementation of the proposed device in real bridge girders. A preliminary design of a realization of ERA in a bridge girder is presented.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.587-592
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2009
This paper is concerned with the development of linear magnetic actuator for active vibration control. The newly developed linear magnetic actuator consists of permanent magnets and copper coils. On the contrary to the voice-coil type actuator, the linear magnetic actuator utilizes magnetic flux to generate the shaft movement. In this study, experiments on the prototype linear magnetic actuator were carried out to investigate its dynamic characteristics. Block and inertia forces generated by the actuator were measured. The experimental results show that the actuator can be used as both actuator and active tuned-mass damper. The linear magnetic actuator was attached to a cantilever as the active-tuned mass damper and active vibration control experiment was carried out. The experimental results show that the newly developed linear magnetic actuator can be effectively used for the active vibration control of structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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