Structural inertial interaction is a representative the effect of dynamic soil-foundation-structure interaction (SFSI), which leads to a relative displacement between soil and foundation, period lengthening, and damping increasing phenomena. However, for a system with a significantly heavy foundation, the dynamic inertia of the foundation influences and interacts with the structural seismic response. The structure-to-foundation mass ratio (MR) quantifies the distribution of mass between the structure and foundation for a structure on a shallow foundation. Although both systems exhibit the same vertical factor of safety (FSv), the MR and corresponding seismic responses attributed to the structure and foundation masses may differ. This study explored the influence of MR on the permanent deformation and seismic response of soil-foundation-structure system considering SFSI via numerical simulations. Given that numerous dimensionless parameters of SFSI described its influence on the structural seismic response, the parameters, except for MR and FSv, were fixed for the sensitivity analysis. The results demonstrated that the foundation inertia of heavier foundations induced more settlement due to sliding behavior of heavily-loaded systems. Moreover, the structural inertia of heavier structures evidently exhibited foundation rocking behavior, which results in a more elongated natural period of the structure for lightly-loaded systems.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.4
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pp.315-320
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2010
To improve not only the basic performance but also the fail-safe performance, power consumption of the main landing gear for helicopters, a semi-active control landing gear using hybrid MR damper, was introduced in this paper. This damper of the configuration to install a permanent magnet in a electromagnet MR damper, was designed by the trade-off study on permanent magnet location and a magnet field analysis. Force control algorithm which keep the sum of air spring force and damping force at a specified value during landing, was used for the controller. The drop simulations using ADAMS Model for this semi-active control landing gear, were done. The improvement of the preceding performances as the result to evaluate the landing performance by the simulations, has been confirmed.
Eyvazian, Arameh;Hamouda, Abdel Magid;Tarlochan, Faris;Mohsenizadeh, Saeid;Dastjerdi, Ali Ahmadi
Steel and Composite Structures
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v.33
no.6
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pp.891-906
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2019
This study considers the instability behavior of sandwich plates considering magnetorheological (MR) fluid core and piezoelectric reinforced facesheets. As facesheets at the top and bottom of structure have piezoelectric properties they are subjected to 3D electric field therefore they can be used as actuator and sensor, respectively and in order to control the vibration responses and loss factor of the structure a proportional-derivative (PD) controller is applied. Furthermore, Halpin-Tsai model is used to determine the material properties of facesheets which are reinforced by graphene platelets (GPLs). Moreover, because the core has magnetic property, it is exposed to magnetic field. In addition, Kelvin-Voigt theory is applied to calculate the structural damping of the piezoelectric layers. In order to consider environmental forces applied to structure, the visco-Pasternak model is assumed. In order to consider the mechanical behavior of structure, sinusoidal shear deformation theory (SSDT) is assumed and Hamilton's principle according to piezoelasticity theory is employed to calculate motion equations and these equations are solved based on differential cubature method (DCM) to obtain the vibration and modal loss factor of the structure subsequently. The effect of different factors such as GPLs distribution, dimensions of structure, electro-magnetic field, damping of structure, viscoelastic environment and boundary conditions of the structure on the vibration and loss factor of the system are considered. In order to indicate the accuracy of the obtained results, the results are validated with other published work. It is concluded from results that exposing magnetic field to the MR fluid core has positive effect on the behavior of the system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.2
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pp.157-165
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2011
Base isolation system is widely used for reduction of dynamic responses of structures subjected to seismic load. Recently, research on a smart base isolation system that can effectively reduce dynamic responses of the isolated structure without accompanying increases in base drifts has been actively conducted. In this study, a smart base isolation system was applied to an arch structure subjected to seismic excitation and its control performance for reduction of seismic responses was evaluated. In order to make a smart base isolation system, 4kN MR dampers and low damping elastomeric bearings were used. Seismic response control performance of the proposed smart base isolation system was compared to that of the optimally designed lead-rubber bearing(LRB) isolation system. To this end, an artificial ground motion developed based on KBC2009 design response spectrum was used as a seismic excitation. Fuzzy control algorithm was used to control MR damper in the smart base isolation system and multi-objective genetic algorithm was employed to optimize the fuzzy controller. Based on numerical simulation results, it has been shown that the smart base isolation system can drastically reduce base drifts and seismic responses of the example arch structure in comparison with LRB isolation system.
One of the most effective countermeasures for mitigating cable vibration is to install mechanical dampers near the anchorage of the cable. Most of the dampers used in the field are so-called passive dampers where their parameters cannot be changed once designed. The parameters of passive dampers are usually determined based on the optimal damper force obtained from the universal design curve for linear dampers, which will provide a maximum additional damping for the cable. As the optimal damper force is chosen based on a predetermined principal vibration mode, passive dampers will be most effective if cable undergoes single-mode vibration where the vibration mode is the same as the principal mode used in the design. However, in the actual engineering practice, multi-mode vibrations are often observed for cables. Therefore, it is desirable to have dampers that can suppress different modes of cable vibrations simultaneously. In this paper, MR dampers are proposed for controlling multi-mode cable vibrations, because of its ability to change parameters and its adaptability of active control without inquiring large power resources. Although the highly nonlinear feature of the MR material leads to a relatively complex representation of its mathematical model, effective control strategies can still be derived for suppressing multi-mode cable vibrations based on nonlinear modelling, as proposed in this paper. Firstly, the nonlinear Bouc-wen model is employed to accurately portray the salient characteristics of the MR damper. Then, the desired optimal damper force is determined from the universal design curve of friction dampers. Finally, the input voltage (current) of MR damper corresponding to the desired optimal damper force is calculated from the nonlinear Bouc-wen model of the damper using a piecewise linear interpolation scheme. Numerical simulations are carried out to validate the effectiveness of the proposed control algorithm for mitigating multi-mode cable vibrations induced by different external excitations.
The landing gear of an aircraft is a device that absorbs and dissipates shock energy transmitted from the ground to the fuselage. Among the landing gears, the semi-active MR damper landing gear is supposed to show high-shock absorption efficiency under various landing conditions and secure the stability when out of control. In the case of the MR damper landing gear using an annular channel rather than orifice, Amesim, a commercial multi-physics program, is considered as more useful than the conventional two-degree-of-freedom model because the damping force generated by the pressure drop through the flow annular path can cause cavitation in the low-pressure chamber of the MR damper with a specific internal structure. In this paper, the main dynamic characteristics of the MR damper landing gear with an annular type flow path structure has been analyzed under the condition of cavitation. Based on the analysis results using Amesim, a design guideline for the MR damper flow path that prevents cavitation has been proposed based on the modification of the arrangement of internal components of the damper. The guideline was verified through a drop simulation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.63-71
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2002
This paper examines the ASCE first generation benchmark problem for a seismically excited cable-stayed bridge, and proposes a new semi-active control strategy focusing on inclusion of effects of control-structure interaction. This benchmark problem focuses on a cable-stayed bridge in Cope Girardeau, Missouri, USA, for which construction is expected to be completed in 2003. Seismic considerations were strongly considered in the design of this bridge due to the location of the bridge in the New Madrid seismic zone and its critical role as a principal crossing of the Mississippi River. In this paper, magnetorheological(MR) fluid dampers are proposed as the supplemental damping devices, and a clipped-optimal control algorithm is employed. Several types of dynamic models for MR fluid dampers, such as a Bingham model, a Bouc-Wen model, and a modified Bouc-Wen model, are considered, which are obtained from data based on experimental results for full-scale dampers. Because the MR fluid damper is a controllable energy-dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. Numerical simulation results show that the performance of the proposed semi-active control strategy using MR fluid dampers is quite effective.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.467-475
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2009
Existing studies have suggested Universal Curve only for supplemental damping by damper. Therefore net damping has been determined by means of arithmetic summation between intrinsic, aero-damping of cable and supplemental damping of damper. However linear combination approach by means of the arithmetic summation is not enough theoretical background. So validity of this approach should be verified in order to design adequate cable-damper system by engineers. This study establishes governing differential equation which can consider intrinsic, aero-damping and supplemental damping as well. And also analysis method is solved by combination of muller method and successive iteration method. Consequently, this study succeeds in verification for validity of linear combination approach. As a result of this study, linear combination approach is limitedly effective in case of low stiffness and optimum damping coefficient of damper, short distance from support to damper, lower vibration mode, low aero-damping, and normal windy environment. Whereas this study will be effective in case of opposite conditions, and existing studies or linear combination approach occur to further error. Meaning of this study presents exact solution for net damping of cable-damper system, and verifies linear combination approach by means of the analysis method. In the future, if monitoring of optimum damping coefficient of a damper against aero-damping is feasible on time, algorithm of this study will be available for control of cable and semi-active damper system such as magneto-rheological damper.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.04a
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pp.57-64
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2004
Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Several methods have been proposed and implemented to mitigate this problem, though each has its limitations. Recently some studies have shown that semiactive dampers can potentially achieve performance levels nearly the same as comparable active devices with few of the detractions. This paper presents the results of a study to evaluate the performance of semiactive dampers for mitigating the vibration of stay cables. Moreover, a number of recently proposed semiactive control algorithms are formulated for use with shear mode MR damper to compare the efficiency of each algorithm through numerical simulation. Numerical simulation considers a stay cable excited by shaker and controlled by shear mode MR dampers. In simulation, the response with a semiactive damper is found to be dramatically reduced compared to the uncontrolled case. Furthermore, it is verified that the algorithm based on Lyapunov control theory is very efficient in mitigating the cable vibration.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11a
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pp.325.1-325
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2002
This paper presents property of the squeeze mode type mount using Magneto-Rheological fluid (MR fluid). The mount can isolate multi-directional vibrations, and also effectively reduce the vibrations in a wide range of disturbance frequency by controling the applied magnetic field. The shape of the mount is the same that of squeeze film damper. In the present work, the performance of this mount was experimentally investigated according to changing the magnetic field strength. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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