Tuned mass dampers (TMDs) have been installed in many high-rise buildings, to improve their resiliency under dynamic loads. However, high-rise buildings may experience natural frequency changes under ambient temperature fluctuations, extreme wind loads and relative humidity variations. This makes the design of a TMD challenging and may lead to a detuned scenario, which can reduce significantly the performance. To alleviate this problem, the current paper presents a proposed approach for the design of a robust and efficient TMD. The approach accounts for the uncertain natural frequency, the optimization objective and the input excitation. The study shows that robust design parameters can be different from the optimal parameters. Nevertheless, predetermined optimal parameters are useful to attain design robustness. A case study of a high-rise building is executed. The TMD designed with the proposed approach showed its robustness and effectiveness in reducing the responses of high-rise buildings under multidirectional wind. The case study represents an engineered design that is instructive. The results show that shear buildings may be controlled with less effort than cantilever buildings. Structural control performance in high-rise buildings may depend on the shape of the building, hence the flow patterns, as well as the wind direction angle. To further increase the performance of the robust TMD in one lateral direction, active control using LQG and fuzzy logic controllers was carried out. The performance of the controllers is remarkable in enhancing the response reduction. In addition, the fuzzy logic controller may be more robust than the LQG controller.
In this paper, a procedure to develop fragility curves of structures equipped with semi-active tuned mass dampers (SATMDs) considering multiple failure criteria has been presented while accounting for the uncertainties of the input excitation, structure and control device parameters. In this procedure, Latin hypercube sampling (LHS) method has been employed to generate 30 random SATMD-structure systems and nonlinear incremental dynamic analysis (IDA) has been conducted under 20 earthquakes to determine the structural responses, where failure probabilities in each intensity level have been evaluated using Monte Carlo simulation (MCS) method. For numerical analysis, an eight-story nonlinear shear building frame with bilinear hysteresis material behavior has been used. Fragility curves for the structure equipped with optimal SATMDs have been developed considering single and multiple failure criteria for different performance levels and compared with that of uncontrolled structure as well as structure controlled using passive tuned mass damper (TMD). Numerical analysis has shown the capability of SATMDs in significant enhancement of the seismic fragility of the nonlinear structure. Also, considering multiple failure criteria has led to increasing the fragility of the structure. Moreover, it is observed that the influence of the uncertainty of input excitation with respect to the other uncertainties is considerable.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2010.10a
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pp.65-70
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2010
This paper presents experimental performance evaluation of a magnetorheological (MR) damper for integrated isolation mount for ultra-precision manufacturing system. The vibration sources of the ultra-precision manufacturing system can be classified as follows: the one is the environmental vibration from the floor and the other is the transient vibration occurred from stage moving. The transient vibration occurred from the stage moving has serious adverse effect to the process because the vibration scale is quite larger than other vibrations. Therefore in this research, a semi-active MR damper, which can control the transient vibration, is adopted. Also the stage needs to be isolated from tiny vibrations from the floor. For this purpose, a dry-frictionless MR damper is required. In order to achieve this goal, a novel type of MR damper is originally designed and manufactured in this work. Subsequently, the damping force characteristics of MR damper are evaluated by simulation and experiment. In addition, the vibration control performance of the MR damper associated with the stage mass is evaluated.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.12
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pp.1161-1167
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2010
This paper presents experimental performance evaluation of a magnetorheological(MR) damper for integrated isolation mount for ultra-precision manufacturing system. The vibration sources of the ultra-precision manufacturing system can be classified as follows: the one is the environmental vibration from the floor and the other is the transient vibration occurred from stage moving. The transient vibration occurred from the stage moving has serious adverse effect to the process because the vibration scale is quite larger than other vibrations. Therefore in this research, a semi-active MR damper, which can control the transient vibration, is adopted. Also the stage needs to be isolated from tiny vibrations from the floor. For this purpose, a dry-frictionless MR damper is required. In order to achieve this goal, a novel type of MR damper is originally designed and manufactured in this work. Subsequently, the damping force characteristics of MR damper are evaluated by simulation and experiment. In addition, the vibration control performance of the MR damper associated with the stage mass is evaluated.
In this paper, we design a vibration control system that includes a 3-D.O.F. mass-spring-damper structure for the analytical model of a building that is excited at the base of this structure by an external dynamic force, and one Active Mass Damper(AMD) on the top of this structure to generate control forces fro attenuation of the structural response. Two robust controllers based on $\mu$-synthesis and H$\infty$ optimal control are designed for the structural system to show that the performance of a control system can be degraded by some parameter uncertainties such as mass, stiffness coefficients, and/or damping coefficients. The performance of the two controllers are compared in terms of nominal performance, robust stability and robust performance by simulations.
When an aircraft is taxiing, excitation force is applied according to the shape of the road surface. The sprung mass acceleration caused by the excitation of the road surface negatively affects the feeling of boarding. This paper addresses the verification process of the semi-active control method applied to improve the feeling of boarding. The Magneto-Rheological damper landing gear model is employed alongside the control method. It is a Oleo-Pneumatic damper filled with a fluid having the characteristics of increasing yield stress when subjected to a magnetic field. The control method involves verifying Skyhook Control Type2 developed by Skyhook control. The Sinozuka white noise model that considers runway characteristics was employed for the road surface in the simulation. The runway road surface obtained through this model has stochastic characteristics, so the dynamic characteristics were analyzed by applying Monte-Carlo simulation. A dynamic analysis was conducted by co-simulating the landing gear model made by RecurDyn and the control method designed by Simulink. Simulation results show that the Skyhook Control Type2 method has the best control effect in the low speed range compared to the passive type (without control) and skyhook control.
The lever-type active multiple tuned mass dampers (LT-AMTMD), consisting of several lever-type active tuned mass dampers (LT-ATMD), is proposed in this paper to attenuate the vibrations of long-span bridges under the excitation directly acting on the structure, rather than through the base. With resorting to the derived analytical-expressions for the dynamic magnification factors of the LT-AMTMD structure system, the performance assessment then is conducted on the LT-AMTMD with the identical stiffness and damping coefficient but unequal mass. Numerical results indicate that the LT-AMTMD with the actuator set at the mass block can provide better effectiveness in reducing the vibrations of long-span bridges compared to the LT-AMTMD with the actuator set at other locations. An appealing feature of the LT-AMTMD with the actuator set at the mass block is that the static stretching of the spring may be freely adjusted in accordance with the practical requirements through changing the location of the support within the viable range while maintaining the same performance (including the same stroke displacement). Likewise, it is shown that the LT-AMTMD with the actuator set at the mass block can further ameliorate the performance of the lever-type multiple tuned mass dampers (LT-MTMD) and has higher effectiveness than a single lever-type active tuned mass damper (LT-ATMD). Therefore, the LT-AMTMD with the actuator set at the mass block may be a better means of suppressing the vibrations of long-span bridges with the consequence of not requiring the large static stretching of the spring and possessing a desirable robustness.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.61-70
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2005
Shaking table tests are carried out on a single-degree-of-freedom mass that is equipped with a hybrid base isolation system. The isolator consists of a set of four specially-designed friction pendulum systems (FPS) and a magnetorheological (MR) damper. The structure and its hybrid isolation system are subjected to various intensities of near- and far-fault earthquakes on a large shake table. The proposed fuzzy controller uses feedback from displacement or acceleration transducers attached to the structure to modulate resistance of the semi-active damper to motion. Results from several types of passive and semi-active control strategies are summarized and compared. The study shows that a combination of FPS isolators and an adjustable MR damper can effectively provide robust control of vibration for a large full-scale structure undergoing a wide variety of seismic loads.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.1
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pp.99-108
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2012
Vibration control devices are classified into passive, semi-active and active device. TMD(Tuned Mass Damper) is one of the passive control device that is mainly used to reduce vibration level of building structure and bridge structure. In this study, the application of passive tuned mass damper(TMD) to seismic response control of dome structures has been investigated. Because star dome structure has primary characteristics of dome structures, star dome structure was used as an example dome structure that is subjected to horizontal or vertical seismic loads. From this numerical analysis, it is shown that seismic response are influenced by vibration modes and it is reasonable to install TMD to the dominant points of each mode. And it is found that the passive TMD could effectively reduce the seismic responses of dome structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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