The effectiveness of the newly developed smart passive control system employing a magnetorheological (MR) damper and an electromagnetic induction (EMI) part for seismic protection of base isolated structures is numerically investigated. An EMI part in the system consists of a permanent magnet and a coil, which changes the kinetic energy of the deformation of an MR damper into the electric energy (i.e. the induced current) according to the Faraday's law of electromagnetic induction. In the smart passive control system, the damping characteristics of an MR damper are varied with the current input generated from an EMI part. Hence, it does not need any control system consisting of sensors, a controller and an external power source. This makes the system much simpler as well as more economic. To verify the efficacy of the smart passive control system, a series of numerical simulations are carried out by considering the benchmark base isolated structure control problems. The numerical simulation results show that the smart passive control system has the comparable control performance to the conventional MR damper-based semiactive control system. Therefore, the smart passive control system could be considered as one of the promising control devices for seismic protection of seismically excited base isolated structures.
This paper deals with a unified way for calculating vortex-induced vibrations (Aeolian vibrations in transmission line parlance) of undamped single overhead conductors. The main objective of the paper is to identify reduced parameters which would unify the predicted vibration response to the largest possible extent. This is actually done by means of a simple mathematical transformation resulting, for a given terrain (associated to a given wind turbulence intensity), into a single, unified response curve that is applicable to any single multi-layered aluminium conductor. In order to further validate the above process, the predicted, unified response curve is compared with measured response curves drawn from tests run on a full-scale test line using several aluminium-conductor-steel-reinforced (ACSR), all-alloy-aluminium-conductor (AAAC) and aluminium-conductor-alloy-reinforced (ACAR) conductors strung at different tensions. On account of the expected scatter in the results from such field tests, the agreement is shown to be good. The final results are expressed by means of only four different curves pertaining to four different terrain characteristics. These curves may then be used to assess the vibration response of any undamped single, multi-layer aluminium conductor of any diameter, strung at any practical tension.
Nonlinear dynamic characteristics of active piezolaminated plates are investigated with respect to the thermopiezoelastic behaviors. For largely deformed structures with small strain, the incremental total Lagrangian formulation is presented based on the virtual work principles. A multi-field layer-wise finite shell element is proposed for assuring high accuracy and non-linearity of displacement, electric and thermal fields. For dynamic consideration of thermopiezoelastic snap-through phenomena, the implicit Newmark's scheme with the Newton-Raphson iteration is implemented for the transient response of various piezolaminated models with symmetric or eccentric active layers. The bifurcate thermal buckling of symmetric structural models is first investigated and the characteristics of piezoelectric active responses are studied for finding snap-through piezoelectric potentials and the load-path tracking map. The thermoelastic stable and unstable postbuckling, thermopiezoelastic snap-through phenomena with several attractors are proved using the nonlinear time responses for various initial conditions and damping loss factors. Present results show that thermopiezoelastic snap-through phenomena can result in the difficulty of buckling and postbuckling control of intelligent structures.
Resilient materials are generally used for the floating floors to reduce the floor impact sound. Dynamic stiffness of resilient material, which has the most to do with the floor impact sound reduction. The resilient materials available in Korea include EPS(styrofoam), recycled urethane types, EVA(ethylene vinylacetate) foam rubber, foam PE(polyethylene). glass fiber & rock wool, recycled tire, foam polypropylene. compressed polyester, and other synthetic materials. In this study, we tested dynamic stiffness of resilient material and floor impact sound reduction characteristic to a lot of kinds of resilient materials. It was found that dynamic stiffness of multi-layered damping material could be estimated if know value of each layer that compose whole structure. And the test showed that the amount of the heavy-weight impact sound reduction appeared by being influenced from this dynamic stiffness of resilient material. The dynamic stiffness looked like between other resilient materials, a similar to the amount of the heavy-weight impact sound reduction was shown.
Chun Kun Ho;Hwang Young Dong;Yoon Han Young;Kim Hee Chul;Zee Sung Quun
Nuclear Engineering and Technology
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제36권3호
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pp.248-262
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2004
Turbulence models are separately assessed for a three dimensional thermal-hydraulic analysis of the integral reactor SMART. Seven models (mixing length, k-l, standard $k-{\epsilon},\;k-{\epsilon}-f{\mu},\;k-{\epsilon}-v2$, RRSM, and ERRSM) are investigated for flat plate channel flow, rotating channel flow, and square sectioned U-bend duct flow. The results of these models are compared to the DNS data and experiment data. The results are assessed in terms of many aspects such as economical efficiency, accuracy, theorization, and applicability. The standard $k-{\epsilon}$ model (high Reynolds model), the $k-{\epsilon}-v2$ model, and the ERRSM (low Reynolds models) are selected from the assessment results. The standard $k-{\epsilon}$ model using small grid numbers predicts the channel flow with higher accuracy in comparison with the other eddy viscosity models in the logarithmic layer. The elliptic-relaxation type models, $k-{\epsilon}-v2$, and ERRSM have the advantage of application to complex geometries and show good prediction for near wall flows.
This paper presents the kinematic and dynamic analysis of the robot arm for inspection and rescue operations. The inspection robot arm has Pitch-Pitch-Pitch-Yaw motion for an optimal and stable view of the camera installed at the end of the manipulator. The rescue operation robot arm has Yaw-Pitch-Pitch-Roll motion to handle heavy tools. Additionally, both robot arms are waterproof, as they use the triple-layer O-ring. Furthermore, the dynamic equation including the damping force due to the mechanical seal for waterproofness was derived by using the Newton-Euler method. A control system using the ARM processor was developed and introduced in this paper, and its performance was verified through experiments.
A mathematical analysis has been carried out for understanding the traversal attributes of torsional waves in a Voigt-type viscoelastic porous layer bounded with corrugated surfaces resting over a heterogeneous transversely isotropic gravitating semi-infinite medium. Both the media are assumed to be under the effect of initial stresses acting along horizontal directions. In the presumed geometry, continuous and periodic type of corrugation has been considered. The condensed form of dispersion relation has been obtained analytically with the aid of the Whittaker's function and suitable boundary conditions. The influence of viscoelasticity, porosity, initial stresses, heterogeneity, gravity, undulation and position parameters on the phase and damped velocities has been illustrated graphically. In addition, relative examination investigating the impact of corrugated and planar bounded surfaces on the dispersion and damping characteristics is one of the important highlights of this study.
Asiri, Saeed A.;Akbas, Seref D.;Eltaher, Mohamed A.
Structural Engineering and Mechanics
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제75권6호
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pp.713-722
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2020
This article aims to illustrate the damped dynamic responses of layered functionally graded (FG) thick 2D beam under dynamic pulse sinusoidal load by using finite element method, for the first time. To investigate the response of thick beam accurately, two-dimensional plane stress problem is assumed to describe the constitutive behavior of thick beam structure. The material is distributed gradually through the thickness of each layer by generalized power law function. The Kelvin-Voigt viscoelastic constitutive model is exploited to include the material internal damping effect. The governing equations are obtained by using Lagrange's equations and solved by using finite element method with twelve -node 2D plane element. The dynamic equation of motion is solved numerically by Newmark implicit time integration procedure. Numerical studies are presented to illustrate stacking sequence and material gradation index on the displacement-time response of cantilever beam structure. It is found that, the number of waves increases by increasing the graduation distribution parameter. The presented mathematical model is useful in analysis and design of nuclear, marine, vehicle and aerospace structures those manufactured from functionally graded materials (FGM).
Theoretical and numerical assessments of approximate evaluations and simplified analyses of piezoelectric structures transverse shear modal effective electromechanical coupling coefficient (EMCC) are presented. Therefore, the latter is first introduced theoretically and its approximate evaluations are reviewed; then, three-dimensional (3D) and simplified two-dimensional (2D) plane-strain (PStrain) and plane-stress (PStress) piezoelectric constitutive behaviors of electroded shear piezoceramic patches are derived and corresponding expected short-circuit (SC) and open-circuit (OC) frequencies and resulting EMCC are discussed; next, using a piezoceramic shear sandwich beam cantilever typical benchmark, a 3D finite element (FE) assessment of different evaluation techniques of the shear modal effective EMCC is conducted, including the equipotential (EP) constraints effect; finally, 2D PStrain and PStress FE modal analyses under SC and OC electric conditions, are conducted and corresponding results (SC/OC frequencies and resulting effective EMCC) are compared to 3D ones. It is found that: (i) physical EP constraints reduce drastically the shear modal effective EMCC; (ii) PStress and PStrain results depend strongly on the filling foam stiffness, rendering inadequate the use of popular equivalent single layer models for the transverse shear-mode sandwich configuration; (iii) in contrary to results of piezoelectric shunted damping and energy harvesting popular single-degree-of-freedom-based models, transverse shear modal effective EMCC values are very small in particular for the first mode which is the common target of these applications.
In this paper, pounding tuned mass dampers (PTMDs) were designed to mitigate the multi-mode vortex-induced vibration (VIV) of stay cable utilizing the viscous-elastic material's energy-dissipated ability. The PTMD device consists of a cantilever metal rod beam, a metal mass block and a specially designed damping element covered with viscous-elastic material layer. Wind-tunnel experiment on VIV of stay cable model was set up to validate the effectiveness of the PTMD on multi-mode VIV mitigation of stay cable. By analyzing and comparing testing results of all testing cases, it could be verified that the PTMD with viscous-elastic pounding boundary can obviously mitigate the VIV amplitude of the stay cable. Moreover, the installed location and the design parameters of the PTMD device based on the controlled modes of the primary stay cable, would have a certain extent suppression on the other modal vibration of the stay cable, which means that the designed PTMDs are effective among a large band of frequency for the multi-mode VIV control of the stay cable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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