In the first part of the paper, the optimal design parameters for tuned liquid column dampers (TLCD) in harmonic pitching motion were investigated. The configurations in design tables include uniform and non-uniform TLCDs with cross-sectional ratios of 0.3, 0.6, 1, 2 and 3 for the design in different situations. A closed-form solution of the structural response was used for performing numerical optimization. The results from optimization indicate that the optimal structural response always occurs when the two resonant peaks along the frequency axis are equal. The optimal frequency tuning ratio, optimal head loss coefficient, the corresponding response and other useful quantities are constructed in design tables as a guideline for practitioners. As the value of the head loss coefficient is only available through experiments, in the second part of the paper, the prediction of head loss coefficients in the form of a design chart are proposed based on a series of large scale tests in pitching base motions, aiming to ease the predicament of lacking the information of head loss for those who wishes to make designs without going through experimentation. A large extent of TLCDs with cross-sectional ratios of 0.3, 0.6, 1, 2 and 3 and orifice blocking ratios ranging from 0%, 20%, 40%, 60% to 80% were inspected by means of a closed-form solution under harmonic base motion for identification. For the convenience of practical use, the corresponding empirical formulas for predicting head loss coefficients of TLCDs in relation to the cross-sectional ratio and the orifice blocking ratio were also proposed. For supplemental information to horizontal base motion, the relation of head loss values versus blocking ratios and the corresponding empirical formulas were also presented in the end.
Seismic design practices and seismic response analyses of civil structures and nuclear power plants (NPPs) have conventionally used the peak ground acceleration (PGA) or spectral acceleration (Sa) as an intensity measure (IM) of an earthquake. However, there are many other earthquake IMs that were proposed by various researchers. The aim of this study is to investigate the correlation between seismic responses of NPP components and 23 earthquake IMs and identify the best IMs for correlating with damage of NPP structures. Particularly, low- and high-frequency ground motion records are separately accounted in correlation analyses. An advanced power reactor NPP in Korea, APR1400, is selected for numerical analyses where containment and auxiliary buildings are modeled using SAP2000. Floor displacements and accelerations are monitored for the non- and base-isolated NPP structures while shear deformations of the base isolator are additionally monitored for the base-isolated NPP. A series of Pearson's correlation coefficients are calculated to recognize the correlation between each of the 23 earthquake IMs and responses of NPP structures. The numerical results demonstrate that there is a significant difference in the correlation between earthquake IMs and seismic responses of non-isolated NPP structures considering low- and high-frequency ground motion groups. Meanwhile, a trivial discrepancy of the correlation is observed in the case of the base-isolated NPP subjected to the two groups of ground motions. Moreover, a selection of PGA or Sa for seismic response analyses of NPP structures in the high-frequency seismic regions may not be the best option. Additionally, a set of fragility curves are thereafter developed for the base-isolated NPP based on the shear deformation of lead rubber bearing (LRB) with respect to the strongly correlated IMs. The results reveal that the probability of damage to the structure is higher for low-frequency earthquakes compared with that of high-frequency ground motions.
The effects of the vertical component of a ground motion on the earthquake performances of semi-ductile high-rise R/C structures were investigated in the present study. Linear and non-linear time-history analyses were conducted on an existing in-service R/C building for the loading scenarios including and excluding the vertical component of the ground motion. The ratio of the vertical peak acceleration to the horizontal peak acceleration (V/H) of the ground motion was adopted as the main parameter of the study. Three different near-source earthquake records with varying V/H ratio were used in the analyses. The linear time-history analyses indicated that the incorporation of the vertical component of a ground motion into analyses greatly influences the vertical deflections of a structure and the overturning moments at its base. The lateral deflections, the angles of rotation and the base shear forces were influenced to a lesser extent. Considering the key indicators of vertical deflection and overturning moments determined from the linear time-history analysis, the non-linear analyses revealed that the changes in the forces and deformations of the structure with the inclusion of the vertical ground motion are resisted by the shear-walls. The performances and damage states of the beams were not affected by the vertical ground motion. The vertical ground motion component of earthquakes is markedly concluded to be considered for design and damage estimation of the vertical load-bearing elements of the shear-walls and columns.
A mechanical device was developed for assisting the grasping function of a person whose fingers suffered cervical injury and thus are unable to grasp. This device is composed of a mechanical glove put on the user's hand and a muscle sensor to measure the activity of his or her muscle. The mechanical glove consists of a finger frame, a base and an air cylinder mounted on the base. With the kinematics carefully designed, the finger frame can achieve the grasping motion under the actuation of the air cylinder. For controlling this motion, an innovative sensor was developed to detect the user's motion intention. The sensor measures the change of the muscle stiffness...
In this paper, the vibrational motion of a flexible beam clamped on a translating base and carrying a moving mass is investigated. The equations of motion which describe the total dynamics of the beam-mass-cart system are derived and the coupled dynamic equations are solved by unconstrained modal analysis. In modal analysis, the exact normal mode solutions corresponding to the eigenfrequencies for the position of the moving mass and the ratios of the mass of the flexible beam, the moving mass and the base cart are used. Proper transformations of the time solutions between the normal modes for a position and those for the next position of the moving mass are also adopted. Numerical simulations are carried out to obtain the open-loop responses of the system in tracking the pre-designed path of the moving mass.
This parer is a study on the inverse dynamics of a one-link flexible robot arm which is controlled by translational base motion. The system is composed of a flexible arm, a base for driving arm, a DC servomotor, and a computer. The arm base is moved so that the arm tip follows a desired function. The governing equations are based on the Bernoullie-Euler beam theory and solved by applying the Laplace transform method and then the numerical inversion method. Moter voltage is obtained by simulation for tip trajectory functions i. e. Bang-Bang, Cosine and Gauss Function. And, the tip motion is measured while simulation results are applying. Then the results are investigated to select most proper input and to compare their chateristics. Experimental results show the Cosine function is most proper with respect to low maximum voltage and steady state error.
This paper addresses the application of an active magnetic bearing (AMB) system to levitate the elevation axis of an electro-optical sight mounted on a moving vehicle. In this type of system, it is desirable to retain the elevation axis in an air-gap between magnetic bearing stators while the vehicle is moving. To eliminate disturbance responses, a disturbance observer based sliding mode control is developed. This control can decouple disturbance observation dynamics from sliding mode dynamics and preserves the robustness of the sliding control. The sliding surfaces are designed in the consideration of scattering of received image. The proposed control is applied to a 2-DOF active magnetic bearing system subject to base motion. Along with experimental results, the feasibility of the proposed technique is illustrated.
In this paper, a sliding mode control based on disturbance observer is proposed to attenuate disturbance responses in an active magnetic bearing system, which is subject to base motion. An algorithm for exactly decoupling the disturbance estimation dynamics from the sliding mode dynamics is developed. It is also shown that the proposed method preserves the robustness of the sliding mode and asymtotically achieves zero regulation error, in the presence of external disturbances and parametric uncertainties. The proposed control is applied to a 2-DOF active magnetic bearing system subject to base motion. The feasibility of the proposed technique is illustrated, and the results of an experimental demonstration are shown.
Precise positioning stages are often employed for precise machinery. For the purpose of vibration isolation, these precise positioning stages are mounted on a heavy base structure which is supported by compliant springs. Then the base structure is subjected to residual vibration due to the reactive force and vertical moving load induced by the stage motion. This paper investigates the vibration behavior of a positioning stage base and the associated vibration suppression technique. A dynamic model is developed to investigate the base vibration due to the reactive force and moving load effects by the moving stage. An input shaping technique is also developed to suppress the residual vibrations in base structures. Simulations and experiments show that the developed dynamic model adequately represents the base vibration and that the proposed input shaping technique effectively removes the residual vibrations from the positioning stage base.
본 연구의 목적은 면진장치 설계 절차 체계화에 따른 면진건물의 응답특성을 사용지진 기록에 따라 평가하는데 있다. 이를 위한 대상 건물은 면진에 적합한 기초 면진 적용한 20층 주거 건물로, 지진기록 사용에 따른 응답특성을 평가하였다. 그 결과 면진건물의 시간이력해석을 위한 지진파의 선정은 응답 결과에 많은 차이가 발생할 수 있으므로 관련기준의 제정이 필요한 것으로 판단된다. 본 연구에서 제안한 지진기록을 이용한 면진구조물의 시간이력해석 결과, 면진층 변위, 층간변위비, 면진장치의 거동이 적절한 것으로 평가되었다. 결론적으로 본 연구에서 제안한 지진기록 및 면진장치 선정 결과, 설계된 면진건물의 지진저항 성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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