A nonlinear gas-spring tuned mass damper is proposed to mitigate the seismic responses of the multi-degree-of-freedom (MDOF) structure, in which the nine-story benchmark model is selected as the controlled object. The nonlinear mechanical properties of the gas-spring are investigated through theoretical analysis and experiments, and the damper's control parameters are designed. The control performance and damping mechanism of the proposed damper attached to the MDOF structure are systematically studied, and its reliability is also explored by parameter sensitivity analysis. The results illustrate that the nonlinear gas-spring TMD can transfer the primary structure's vibration energy from the lower to the higher modes, and consume energy through its own relative movement. The proposed damper has excellent "Reconciling Control Performance", which not only has a comparable control effect as the linear TMD, but also has certain advantages in working stroke. Furthermore, the control parameters of the gas-spring TMD can be determined according to the external excitation amplitude and the gas-spring's initial volume.
To study the vibration frequency of super high-rise buildings in the process of vortex induced vibration (VIV), wind tunnel tests of multi-degree-of-freedom (MDOF) aero-elastic models were carried out to measure the vibration frequency of the system directly. The effects of structural damping, wind field category, mass density, reduced wind velocity ($V_r$), as well as VIV displacement on the VIV frequency were investigated systematically. It was found that the frequency drift phenomenon cannot be ignored when the building is very high and flexible. When $V_r$ is less than 8, the drift magnitude of the frequency is typically positive. When $V_r$ is close to the critical wind velocity of resonance, the frequency drift magnitude becomes negative and reaches a minimum at the critical wind velocity. When $V_r$ is larger than12, the frequency drift magnitude almost maintains a stable value that is slightly smaller than the fundamental frequency of the aero-elastic model. Furthermore, the vibration frequency does not lock in the vortex shedding frequency completely, and it can even be significantly modified by the vortex shedding frequency when the reduced wind velocity is close to 10.5.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.316-323
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2005
The capacity spectrum method (CSM) can be used for the evaluation of inelastic maximum response of structures and has been recently used in the seismic design using the incorporation of pushover analysis and response spectrum method. To efficiently evaluate seismic performance of multi-degree-of freedom (MDOF) bridge structures, it is important that the equivalent response of MDOF bridge structures be calculated. In this study to calculate the equivalent response of MDOF system, equivalent responses are obtained by the using Song method, N2 method and Calvi method. Also, these are applied the CSM method and seismic performance of bridge according to the ESDOF method are compared and evaluated.
The purpose of this study is to demonstrate and verify the application of phase-control absolute-acceleration-feedback active tuned mass dampers (PCA-ATMD) to multiple-degree-of-freedom (MDOF) building structures. In addition, servo speed control technique has been developed as a replacement for force control in order to mitigate the negative effects caused by friction and inertia. The essence of the proposed PCA-ATMD is to achieve a 90° phase lag for a structure by implementing the desired control force so that the PCA-ATMD can receive the maximum power flow with which to effectively mitigate the structural vibration. An MDOF building structure with a PCA-ATMD and a real-time filter forming a complete system is modeled using a state-space representation and is presented in detail. The feedback measurement for the phase control algorithm of the MDOF structure is compact, with only the absolute acceleration of one structural floor and ATMD's velocity relative to the structure required. A discrete-time direct output-feedback optimization method is introduced to the PCA-ATMD to ensure that the control system is optimized and stable. Numerical simulation and shaking table experiments are conducted on a three-story steel shear building structure to verify the performance of the PCA-ATMD. The results indicate that the absolute acceleration of the structure is well suppressed whether considering peak or root-mean-square responses. The experiment also demonstrates that the control of the PCA-ATMD can be decentralized, so that it is convenient to apply and maintain to real high-rise building structures.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.19-26
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2003
In energy-based design, the structures are generally transformed into equivalent SDOF systems to obtain the input and the dissipated energy. In this study the energy demands in multi-story structures were compared with that of equivalent single degree of freedom systems to validate the transformation method. Three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames and buckling restrained braced frames are compared with those of equivalent single degree of freedom systems. Sixty earthquake ground motions recorded in different soil conditions were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. According to the analysis results, in 3 and 8-story structures the hysteretic energy demands computed in the equivalent SDOF structures are compatible with those computed in the original MDOF structures, while in the 20-story structures the transformed equivalent structures underestimated the hysteretic energy demands.
The effect of the soil-structure interaction (SSI) on has been recently evaluated in shaking table tests. However, most of these tests were conducted on single-degree-of-freedom (SDOF) superstructures and a single-pile. This study investigates the inertial interaction effect of a multi-degree-of-freedom (MDOF) superstructure system with a group piles on a large-scale shaking table test. Whereas the SDOF superstructure system shows a single-frequency amplification tendency, the MDOF superstructure system exhibited amplification tendencies of the acceleration phase and frequency responses for multiple frequencies. In addition, the amplification phenomenon between the footing and the column-type superstructure exceeded that between the footing and the wall-type superstructure, indicating a greater inertial interaction effect of the column-type superstructure. The relationship between shear force and inertial force, the relative vertical and horizontal displacements on the footing was figured out. Also, the ananlysis of dynamic p-y curve at each depth was conducted. In summary, the MDOF and SDOP superstructure systems exhibited different behaviors and the column-type superstructure exerted a higher interaction effect than the wall-type superstructure.
The main objective of this study is to examine the accuracy of the complete quadratic combination (CQC) rule with the modal responses defined by the ordinates of the uniform hazard spectra (UHS) to evaluate the peak responses of the multi-degree-of-freedom (MDOF) systems subjected to nonstationary seismic excitations. For the probabilistic analysis of the peak responses, it is considered that the seismic excitations can be modeled using evolutionary power spectra density functions with uncertain model parameters. More specifically, a seismological model and the Kanai-Tajimi model with the boxcar or the exponential modulating functions were used to define the evolutionary power spectral density functions in this study. A set of UHS was obtained based on the probabilistic analysis of transient responses of single-degree-of-freedom systems subjected to the seismic excitations. The results of probabilistic analysis of the peak responses of MDOF systems were obtained, and compared with the peak responses calculated by using the CQC rule with the modal responses given by the UHS. The comparison seemed to indicate that the use of the CQC rule with the commonly employed correlation coefficient and the peak modal responses from the UHS could lead to significant under- or over-estimation when contributions from each of the modes are similarly significant.
Industrial mixers to homogeneously blend particulate materials have been developed and widely used in various industries. However, most industrial mixers have at most two-degree-of-freedom for the operation, which limits the range of operation parameter selection for optimal blending. This paper proposes a multi-degree-of-freedom robotic mixer designed by converging a conventional drum blender and a robotic manipulator and evaluated its performance in a virtual operating environment. Discrete element simulations were conducted for mixing performance evaluation. The numerical results showed that the proposed mixer design exhibits a better mixing performance than conventional ones.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.3
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pp.179-186
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2024
In this paper, a modification coefficient for equivalent single degree of freedom (SDOF), considering the plasticity range of the member subjected to shock wave type of blast load, was developed. The modification coefficient for the equivalent SDOF was determined through comparison with the analysis of a multi-degree of freedom (MDOF) system. The parameters influencing the equivalent SDOF system analysis were chosen as the boundary conditions of the member and the ratio of the duration of blast load to the natural period of the member. The modification coefficient was calculated based on the elastic load-mass transformation factor. The modification coefficient curve was derived using an elliptical equation to ensure it exists between the upper and lower parameter bounds. Using the modification coefficient on examples with varying cross sections and boundary conditions reduced the SDOF analysis error rate from 15% to 3%. This study shows that using the modification coefficient significantly improves the accuracy of SDOF analysis. The modification coefficient proposed in this study can be used for blast analysis.
In the paper one investigates the benefits deriving from the introduction of SMA provisions in a structure subject to dynamic excitation and vertical loads. At this purpose one considers a multi-degree-of-freedom (mdof) shear elastic-plastic frame and designs couples of super-elastic SMA tendons to be placed at critical locations of the structure. Particular attention is focused on the reduction of $P-{\Delta}$ effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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