Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.1
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pp.131-138
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2006
Structural bracing concept equipped with a new and efficient friction based energy dissipation device is referred to Friction SliP Brace (FSB) where the behavior of the brace components is elastic until the axial resistant force in the brace exceeds the friction force developed at the frictional interface of the device. In this study, the FSB concept is modified and new type of hybrid energy dissipation device, the Active Friction SliP Braces (AFSB), is described. The FSB is by far improved in the AFSB by inclusion of an active clamping mechanism on the friction interface. The clamping action regulated by the developed algorithm is altered during the response of the building. The results indicate that the action of dissipating vibrational energy in the AFSB impacts on the response at later cycles by keeping the drift amplitudes at much lower levels, revealing overshooting problem due to its early slippage. Providing predetermined constant incremental strengths to the building by AFSB medium improves response by reducing drift amplitudes and base shear under small and medium amplitude ground accelerations.
This study develops and numerically verifies an innovative seismically resilient bracing system. The proposed self-centering tension-only brace (SC-TOB) is composed of a tensioning system to provide a self-centering response, a frictional device for energy dissipation, and a high-strength steel cable as a bracing element. It is considered to be an improvement over the traditional self-centering braces in terms of lightness, high bearing capacity, load relief, and double-elongation capacity. In this paper, the mechanics of the system are first described. Governing equations deduced from the developed analytical model to predict the behavior of the system are then provided. The results from a finite element validation confirm that the SC-TOB performs as analytically predicted. Key parameters including the activation displacement and load, the self-centering parameter, and equivalent viscous damping are investigated, and their influences on the system behavior are discussed. Finally, a design procedure considering controlled softening behavior is developed and illustrated through a design example.
This research paper proposes a novel methodology for predicting the optimal location of friction supports to effectively mitigate vibrational energy in piping systems. The incorporation of friction forces in the dynamic characteristics of the system introduces inherent nonlinearity, making its analysis challenging. Typically, numerical solutions in the time domain are employed to circumvent the complexities associated with finding analytic solutions for nonlinear systems. However, time domain analysis (TDA) can be computationally intensive and demand significant computational resources due to the intricate calculations stemming from nonlinearity. To address this computational burden, this study presents an efficient approach based on linear analysis to predict the ideal position for installing friction supports as a replacement for fixed supports. Furthermore, we investigate the relationship between the installation positions of friction supports and their effectiveness in absorbing vibrations using the harmonic balanced method (HBM). Both methodologies are validated by comparing the obtained results with those obtained through time domain analysis (TDA) using the finite element method (FEM).
Recently, Friction dampers become popular due to the desirable performance in the energy dissipation of lateral loads. A lot of research which has been conducted on these dampers results in developing friction dampers with low sensitivity to the number of cycles and temperature increases. Friction dampers impose high residual drifts to the buildings because of low post-yield stiffness of the damper which results from increasing lateral displacement and period of buildings. This issue can be more critical under strong aftershocks which results in increasing of structural damages. In this paper, in addition to the assessment of aftershock on steel buildings equipped with friction dampers, methods for controlling residual drifts and decreasing the costs of retrofitting are investigated. Utilizing rigid connections as a lateral dual system and activating lateral stiffness of gravity columns by adding elastic braces are as an example of effective methods investigated in this research. The results of nonlinear time history analyses on the low to medium rise steel frames equipped with friction dampers illustrate a rise in residual drifts as the result of aftershocks. In addition, the results show that different slip loads of friction damper can affect the residual drifts. Furthermore, elastic stories in comparison to rigid connections can reduce residual drifts of buildings in an effective fashion, when most slip loads of friction dampers are considered.
Tran, V. Han;Jin, Su Min;Kim, Sung Chan;Cha, Ji Hyun;Shin, Jiuk;Lee, Kihak
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.4
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pp.185-192
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2020
A new lighting support structure composing of two-way wires and pulley, a pulley-type wireway system, was developed to improve the seismic performance of a ceiling type lighting equipment. This study verifies the seismic performance of the pulley-type wireway system using a numerical approach. A theoretical model fitted to the physical features of the newly-developed system was proposed, and it was utilized to compute a frictional coefficient between the wire and pulley sections under tension forces. The frictional coefficient was implemented to a finite element model representing the pulley-type wireway system. Using the numerical model, the seismic responses of the pulley-type wireway system were compared to those of the existing lighting support structure, a one-way wire system. The addition of the pulley component resulted in the increasement of energy absorption capacity as well as friction effect and showed in significant reduction in maximum displacement and oscillation after the peak responses. Thus, the newly-developed wireway system can minimize earthquake-induced vibration and damage on electric equipment.
Afridi, Muhammad Idrees;Qasim, Muhammad;Khan, Ilyas
Journal of the Korean Physical Society
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v.73
no.9
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pp.1303-1309
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2018
In the present paper, we study the entropy analysis of boundary layer flow over a slender stretching sheet under the action of a non uniform magnetic field that is acting perpendicular to the flow direction. The effects of viscous dissipation and Joule heating are included in the energy equation. Using similarity transformation technique the momentum and thermal boundary layer equations to a system of nonlinear differential equations. Numerical solutions are obtained using the shooting and fourth-order Runge-Kutta method. The expressions for the entropy generation number and Bejan number are also obtained using a suggested similarity transformation. The main objective of this article is to investigate the effects of different governing parameters such as the magnetic parameter ($M^2$), Prandtl number (Pr), Eckert number (Ec), velocity index parameter (m), wall thickness parameter (${\alpha}$), temperature difference parameter (${\Omega}$), entropy generation number (Ns) and Bejan number (Be). All these effects are portrayed graphically and discussed in detail. The analysis reveals that entropy generation reduces with decreasing wall thickness parameter and increasing temperature difference between the stretching sheet and the fluid outside the boundary layer. The viscous and magnetic irreversibilities are dominant in the vicinity of the stretching surface.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1992.10a
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pp.52-56
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1992
A kinematically admissible velocity field for closed-die forging of spur gear is proposed. The velocity field is divided into three regions of deformation. In the analysis, the involute curve is approximated to be straight line and the upper-bound method is used to calculate energy dissipation rate. A constant frictional factor has been assumed on the contacting surfaces. The effects of root diameter relative pressure is independent of root diameter for the same number of teeth, but increases with the number of teeth on a given root diameter. In the presence of friction, relative forging pressure increases with increasing root diameter at the start of forging, but decreases with increasing root diameter in the processing of forging.
This study proposes a new technology for a smart damper with flag-shaped behavior using the combination of magnetic friction and rubber springs. The magnet provides friction and, thus, energy dissipation, and the rubber springs with precompression contribute to present self-centering capacity of the damper. To verify their performance, this study conducts dynamic tests of magnet frictional dampers and precompressed rubber springs. For the purpose, hexahedron Neodymium (NdFeB) magnets and polyurethane rubber cylinders are used. In the dynamic tests, loading frequency varies from 0.1 to 2.0 Hz. The magnets provide almost perfect rectangular behavior in force-deformation curve. The rubber springs are tested without or with precompression. The rubber springs show larger rigid force with increasing precompression. Lastly, this study discusses combination of rigid-elastic behavior and friction to generate 'flag-shaped' behavior for a smart damper and suggests how to combine the magnets and the rubber springs to obtain the flag-shaped behavior.
Zheng, Yue;Dong, You;Chen, Bo;Anwar, Ghazanfar Ali
Smart Structures and Systems
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v.24
no.1
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pp.127-139
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2019
Residual drifts after an earthquake can incur huge repair costs and might need to replace the infrastructure because of its non-reparability. Proper functioning of bridges is also essential in the aftermath of an earthquake. In order to mitigate pounding and unseating damage of bridges subjected to earthquakes, a self-adaptive Ni-Ti shape memory alloy (SMA)-cable-based frictional sliding bearing (SMAFSB) is proposed considering self-adaptive centering, high energy dissipation, better fatigue, and corrosion resistance from SMA-cable component. The developed novel bearing is associated with the properties of modularity, replaceability, and earthquake isolation capacity, which could reduce the repair time and increase the resilience of highway bridges. To evaluate the super-elasticity of the SMA-cable, pseudo-static tests and numerical simulation on the SMA-cable specimens with a diameter of 7 mm are conducted and one dimensional (1D) constitutive hysteretic model of the SMAFSB is developed considering the effects of gap, self-centering, and high energy dissipation. Two types of the SMAFSB (i.e., movable and fixed SMAFSBs) are applied to a two-span continuous reinforced concrete (RC) bridge. The seismic vulnerabilities of the RC bridge, utilizing movable SMAFSB with the constant gap size of 60 mm and the fixed SMAFSBs with different gap sizes (e.g., 0, 30, and 60 mm), are assessed at component and system levels, respectively. It can be observed that the fixed SMAFSB with a gap of 30 mm gained the most retrofitting effect among the three cases.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.59-63
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2011
Friction damping is one of the attractive vibration control technique for space structures due to its simplicity and large damping capacity. However, passive approaches for friction damping have a limitation because energy is no longer dissipated at sticking. In order to overcome this problem, semi-active control methods to adjust normal force at frictional interface have been studied in previous researches. In this paper, two semi-active friction control method is compared by simulating SDOF model of truss structure. The first approach is on-off control to maximize rate of energy dissipation, whereas the second concept is variable friction force control to minimize amplitude ratio for each half period. The maximum friction force, control variable in on-off control method, is obtained to minimize 1% settling time, and is different from optimal friction force in passive control. Simulation results show that performance of on-off control is better than that of variable friction force control in terms of settling time and controlled friction force.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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