A new hybrid damping technique for vibration reduction in flexible structures, wherein a combination of layers of hard passive damping alloys and active (smart) magnetostrictive material is used to reduce vibrations, is proposed. While most conventional vibration control treatments are based exclusively on either passive or active based systems, this technique aims to combine the advantages of these systems and simultaneously, to overcome the inherent disadvantages in the individual systems. Two types of combined damping systems are idealized and studied here, viz., the Noninteractive system and the Interactive system. Frequency domain studies are carried out to investigate their performance. Finite element simulations using previously developed smart beam elements are carried out on typical metallic and laminated composite cantilever beams treated with hybrid damping. The influence of various parameters like excitation levels, frequency (mode) and control gain on the damping performance is investigated. It is shown that the proposed system could be used effectively to dampen the structural vibration over a wide frequency range. The interaction between the active and passive damping layers is brought out by a comparative study of the combined systems. Illustrative comparisons with 'only passive' and 'only active' damping schemes are also made. The influence and the mode dependence of control gain in a hybrid system is clearly illustrated. This study also demonstrates the significance and the exploitation of strain dependency of passive damping on the overall damping of the hybrid system. Further, the influence of the depthwise location of damping layers in laminated structures is also investigated.
Weber, Felix;Huber, Peter;Spensberger, Simon;Distl, Johann;Braun, Christian
International Journal of High-Rise Buildings
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v.8
no.2
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pp.117-123
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2019
Tall buildings are prone to wind-induced vibrations due to their slenderness whereby peak structural accelerations may be higher than the recommended maximum value. The common countermeasure is the installation of a tuned mass damper (TMD) near the highest occupied floor. Due to the extremely large modal mass of tall buildings and because of the narrow to broad band type of wind excitation the TMD mass may become inacceptable large - in extreme cases up to 2000 metric tons. It is therefore a need to develop more efficient TMD concepts which provide the same damping to the building but with reduced mass. The adaptive TMD concept described in this paper represents a solution to this problem. Frequency and damping of the adaptive TMD are controlled in real-time by semi-active oil dampers according to the actual structural acceleration. The resulting enhanced TMD efficiency allows reducing its mass by up to 20% compared to the classical passive TMD. The adaptive TMD system is fully fail-safe thanks to a smart valve system of the semi-active oil dampers. In contrast to active TMD solutions the adaptive TMD is unconditionally stable and its power consumption on the order of 1 kW is negligible small as controllable oil dampers are semi-active devices. The adaptive TMD with reduced mass, stable behavior and lowest power consumption is therefore a preferable and cost saving damping tool for tall buildings.
This paper presents the design and the application of a new self-powered hybrid electromagnetic damper that can harvest energy while mitigating the vibration of a structure. The damper is able to switch between an energy harvesting passive mode and a semi-active mode depending on the amount of energy harvested and stored in the battery. The energy harvested in the passive mode resulting from the suppression of vibration is employed to power up the monitoring and electronic components necessary for the semi-active control. This provides a hybrid control capability that is autonomous in terms of its power requirement. The proposed hybrid circuit design provides two possible options for the semi-active control: without energy harvesting and with energy harvesting. The device mechanism and the circuitry that can drive this self-powered electromagnetic damper are described in this paper. The parameters that determine the device feasible force-velocity region are identified and discussed. The effectiveness of this hybrid damper is evaluated through a numerical simulation study on vibration mitigation of a bridge stay cable under wind excitation. It is demonstrated that the proposed hybrid design outperforms the passive case without external power supply. It is also shown that a broader force range, facilitated by decoupled passive and semi-active modes, can improve the vibration performance of the cable.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.9
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pp.858-867
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2011
As applying an active control technique to a pneumatic vibration isolation system, the settling time for the payload excitation could be remarkably reduced as well as the improvement of isolation performance for the ground vibration. Some previous researches were dealt with the settling time through the simulation or experiment but, the discussion on the simulation or experimental results including moving parts, such as a XY-stage, on the isolation table rarely exists. As considering the moving part, the dynamic model could be time varying system and in such a case the force imposed on pneumatic vibration isolation table could be described by inertial forces of moving parts according to Newton's 3rd law, the action and reaction law. In this paper, the simulation procedure of the 3-DOF active pneumatic vibration isolation system including moving parts by TDC(time delay control) technique is proposed and the effectiveness through simulation results are also shown.
Mirtaheri, Masoud;Samani, Hamid Rahmani;Zandi, Amir Peyman
Earthquakes and Structures
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v.12
no.5
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pp.479-487
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2017
Frictional dampers are used in structural engineering as means of passive control. Meanwhile, frictional damper shave a disadvantage compared to viscous rivals since the slippage force must be exceeded to activate the device, and cannot be ideal full range of possible events. The concept of semi-active control is utilized to overcome this shortcoming. In this paper, a new semi-active frictional damper called Smart Adjustable Frictional (SAF) damper is introduced. SAF damper consists of hydraulic, electronic units and sensors which are all linked with an active control discipline. SAF acts as a smart damper which can adapt its slippage threshold during a dynamic excitation by measuring and controlling the structural response. The novelty of this damper is, while it controls the response of the structure in real time with acceptable time delay. The paper also reports on the results of a series of experiments which have been performed on SAF dampers to obtain their prescribed hysteretic behavior for various control algorithms. The results show that SAF can produce the desired slippage load of various algorithms in real time. Numerical models incorporating control simulations are also made to obtain the hysteretic response of the system which agrees closely with test results.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.12
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pp.1771-1776
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2013
Most cases of power transformer failure are caused by physical factors linked to the transient vibrations of multiple 120Hz combinations. In addition, the noise generated in the transformer from this vibration not only directly contributes to the worsening of the work environment but also causes psychological stress, resulting in the worsening of the workers efficiency and of the living environment of the inhabitants around the power plant. Thus, to remedy these problems, the mechanical-excitation forces working on a power transformer were categorized in this study, and the mechanical-damage mechanism was identified through the vibration transfer paths acting on machines or structures. In addition, a study on active noise cancellation in a transformer using the FXLMS algorithm was conducted to develop a system that is capable of multiple-sound/channel control, which resulted in the active noise reduction effect when applied on the field.
The semi-active impact damper (SAID) is proposed to improve the damping efficiency of traditional passive impact dampers. In order to investigate its damping mechanism and vibration control effects on realistic engineering structures, a 20-story nonlinear benchmark building is used as the main structure. The studies on system parameters, including the mass ratio, damping ratio, rigid coefficient, and the intensity of excitation are carried out, and their effects both on linear and nonlinear indexes are evaluated. The damping mechanism is herein further investigated and some suggestions for the design in high-rise buildings are also proposed. To validate the superiority of SAID, an optimal passive particle impact damper ($PID_{opt}$) is also investigated as a control group, in which the parameters of the SAID remain the same, and the optimal parameters of the $PID_{opt}$ are designed by differential evolution algorithm based on a reduced-order model. The numerical simulation shows that the SAID has better control effects than that of the optimized passive particle impact damper, not only for linear indexes (e.g., root mean square response), but also for nonlinear indexes (e.g., component energy consumption and hinge joint curvature).
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.1
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pp.79-86
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2021
Control performance of a smart tuned mass damper (TMD) mainly depends on control algorithms. A lot of control strategies have been proposed for semi-active control devices. Recently, machine learning begins to be applied to development of vibration control algorithm. In this study, a reinforcement learning among machine learning techniques was employed to develop a semi-active control algorithm for a smart TMD. The smart TMD was composed of magnetorheological damper in this study. For this purpose, an 11-story building structure with a smart TMD was selected to construct a reinforcement learning environment. A time history analysis of the example structure subject to earthquake excitation was conducted in the reinforcement learning procedure. Deep Q-network (DQN) among various reinforcement learning algorithms was used to make a learning agent. The command voltage sent to the MR damper is determined by the action produced by the DQN. Parametric studies on hyper-parameters of DQN were performed by numerical simulations. After appropriate training iteration of the DQN model with proper hyper-parameters, the DQN model for control of seismic responses of the example structure with smart TMD was developed. The developed DQN model can effectively control smart TMD to reduce seismic responses of the example structure.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.1
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pp.23-30
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2022
The active phased array antenna system performs beam steering, multi-beam formation and adaptive beam forming by controlling the amplitude and phase of signals fed to each radiating element. In order to obtain the desired radiation characteristics using an active phased array antenna system, the accurate amplitude and phase of the signal must be fed to each radiating element; however, due to various causes, the signal errors occurs in each radiating element. In this paper, a signal error estimation method of each radiating element is proposed. The proposed method simplifies the process of signal error estimation, and can quickly and accurately calculate the signal error.
In this paper, a new energy-efficient semi-active hybrid bulk damper is developed that is cost-effective for use in structural applications. In this work, the possibility of active and semi-active component configurations combined with suitable control algorithms, especially vibration control methods, is explored. The equations of motion for a container bridge equipped with an MDOF Mass Tuned Damper (M-TMD) system are established, and the combination of excitation, adhesion, and control effects are performed by a proprietary package and commercial custom submodel software. Systematic methods for the synthesis of structural components and active systems have been used in many applications because of the main interest in designing efficient devices and high-performance structural systems. A rational strategy can be established by properly controlling the master injection frequency parameter. Simulation results show that the multiscale model approach is achieved and meets accuracy with high computational efficiency. The M-TMD system can significantly improve the overall response of constrained structures by modestly reducing the critical stress amplitude of the frame. This design can be believed to build affordable, safe, environmentally friendly, resilient, sustainable infrastructure and transportation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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