In this paper, optimum methods of wind-induced vibration control of high-rise buildings are mainly studied. Two optimum methods, genetic algorithms (GA) method and Rayleigh damping method, are firstly employed and proposed to perform optimum study on wind-induced vibration control, six target functions are presented in GA method based on spectrum analysis. Structural optimum analysis programs are developed based on Matlab software to calculate wind-induced structural responses. A high-rise steel building with 20-storey is adopted and 22 kinds of control plans are employed to perform comparison analysis to validate the feasibility and validity of the optimum methods considered. The results show that the distributions of damping coefficients along structural height for mass proportional damping (MPD) systems and stiffness proportional damping (SPD) systems are entirely opposite. Damping systems of MPD and GAMPD (genetic algorithms and mass proportional damping) have the best performance of reducing structural wind-induced vibration response and are superior to other damping systems. Standard deviations of structural responses are influenced greatly by different target functions and the influence is increasing slightly when higher modes are considered, as shown fully in section 5. Therefore, the influence of higher modes should be considered when strict requirement of wind-induced vibration comfort is needed for some special structures.
Optimum design of a viscoelastic damping layer which is unconstrainedly cohered on a steel plate is discussed from the viewpoint of the modal loss factor. Themodal loss factor is analyzed by using the energy method to the base steel plate and cohered damping layer. Optimum distributions of the viscoelastic damping layer for modes are obtained by sequentially changing the position of a piece of damping layer to another position which contributes to maximizing the modal loss factors. Analytical procedure performed by using this method simulated for 3 fundamental modes of an edge-fixed plate. Simulated results indicate that the modal loss factor ratios can be increase by as much as 210%, or more, by optimizing the thickness distribution of the damping layer to two times of the initial condition which is entirely covered. Optimum configurations for the modes are revealed by positions where added damping treatments become most effective. The calculated results by this method are validated by comparison with the experimental results and the calculated results obtained by the Ross-Ungar-Kerwin's model in the case of the layer is uniformly treated over the steel plate.
Explicit design formulae of liquid column vibration absorber (LCVA) for suppressing harmonic vibration of structures with small inherent structural damping are developed in this study. The developed design formulae are also applicable to the design of a tuned mass damper (TMD) and a tuned liquid column damper (TLCD) for damped structures under harmonic force excitation. The optimum parameters of LCVA for suppressing harmonic vibration of undamped structures are first derived. Numerical searching of the optimum parameters of tuned vibration absorber system for suppressing harmonic vibration of damped structure is conducted. Explicit formulae for these optimum parameters are then obtained by a series of curve fitting techniques. The analytical result shows that the control performance of TLCD for reducing harmonic vibration of undamped structure is always better than that of non-uniform LCVA for same mass and length ratios. As for the effects of structural damping on the optimum parameters, it is found that the optimum tuning ratio decreases and the optimum damping ratio increases as the structural damping is increased. Furthermore, the optimum head loss coefficient is inversely proportional to the amplitude of excitation force and increases as the structural damping is increased. Numerical verification of the developed explicit design expressions is also conducted and the developed expressions are demonstrated to be reasonably accurate for design purposes.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.7
s.112
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pp.690-696
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2006
Thickness of damping layer in sandwich plate needs to be optimized in order to make modal loss factor of the sandwich plate maximum. Since previous studies were interested in noise reductions over high frequency range, the modal properties were derived based on simply supported boundaries. This conventional formula is approximately applicable to other boundary conditions over high frequency range only. The purpose of this study is to propose a method to determine optimum damping layer thickness of sandwich plate for maximum modal damping in low frequency range when the boundary condition is not a simple support. The conventional RKU equation based on simply supported boundary is modified to reflect other boundary conditions and the modified RKU equation is subsequently applied to determine the optimum damping layer thickness for arbitrary conditions. In order to reflect frequency-dependent characteristics of elastic modulus of the damping layer, an iteration method is proposed in determining the modal properties. Test results on sandwich plates for optimum damping layer thickness are compared with predictions by the proposed method and conventional method.
In this study, first, transformation process of damping ratios, whose are evaluated in active control analysis, into damping matrix resulting from installed viscous dampers is illustrated. Then, a method is followed to maximize the effect of response reduction, which leads to optimum locations and size of viscous dampers using sensitivity analysis. Highly coupled nonlinearity between damping ratios and dampers makes it hard to find the optimal size of dampers. Therefore, the nonlinearity is transformed to linear problem with small increments of damping ratios and the size of dampers can be found. However, there are many cases for the size of dampers satisfying the small increment of damping ratios, so it is necessary to select minimum size using optimization technique. To determine optimum locations of dampers, dampers are assumed to be installed between the different stories and their locations are selected corresponding corresponding to the degree of damping size. Numerical examples for the frame structure and the shear wall structure show that optimum locations and size of dampers are different form each other depending on the characteristics of modal responses of the structures. The proposed method in this study can be applied to get optimum locations of active controller in the active control.
Damping piston with an orifice in the piston head is utilized to improve the damping characteristics of a pneumatic push-push type rotary actuator. Through linearized analysis, the optimum size of orifice, which gives maximum damping effect at the frequency where damping is desired. most, is predicted. The frequency response test of teal system were carried out to see the effects of damping piston and to obtain true optimum size of orifice by trying orifices of various size near the predicted value. During the tests, both air and helium were tried as working fluid, and a lag-lead compensation circuit was incorporated to improve system dynamics. The finally chosen orifice size is a little bigger than that predicted from analysis, however it gives high damping effects for the finally designed pneumatic system enough to have wide frequency response bandwidth.
In a liquid rocket engine, the role of gas-liquid scheme injector as an acoustic resonator or absorber is studied experimentally for combustion stability by adopting linear acoustic test. The acoustic-pressure signals or responses from the chamber are monitored by acoustic amplitude. Acoustic behavior in a rocket combustor with a single injector is investigated and the acoustic-damping effect of the injector is evaluated for cold condition by the quantitative parameter of damping factor as a function of injector length. From the experimental data, it is found that the injector can play a significant role in acoustic damping when it is tuned finely. The optimum tuning-length of the injector to maximize the damping capacity is near half of a full wavelength of the first longitudinal overtone mode traveling in the injector with the acoustic frequency intended for damping in the chamber. When the injector has large diameter, the phenomenon of the mode split is observed near the optimum injector length and thereby, the acoustic-damping effect of the tuned injectors can be degraded.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.95-101
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1997
A general method is presented for the analysis of the damping effectiveness of viscoelastic layer applied to elastic beam. The damping is attributed to the shear deformations of the treatment. Specific results are then given for sandwich beams with dissipative cores. The calculated results by this method are validated by comparison with the experimental results. Optimum design of a viscoelastic damping layer which is constrainedly cohered on a steel beam is discussed from the viewpoint of the modal loss factor. An object function is a loss factor of 3-layered beam and design variable is the thickness of constraining layer and viscoelastic layer. Optimum thickness can be obtained when 3-layered beam has a maximum loss factor.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.2
s.95
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pp.161-168
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2005
The absorbing material is mostly used to changing the acoustic energy to the heat energy in the passive control, and that consists of the porous media. That controls an air borne noise while the stiffened plates, damping material and additional mass control a structure borne noise. The additional mass can decrease the sound by mass effect and shift of natural frequency, and damping material can decrease the sound by damping effect. The passive acoustic control using these kinds of control materials has an advantage that is possible to control the acoustic in the wide frequency band and the whole space at a price as compared with the active control using the various electronic circuit and actuator. But the space efficiency decreased and the control ability isn't up to the active control. So it is necessary to maximize the control ability in the specific frequency to raise the capacity of passive control minimizing the diminution of space efficiency such an active control. Therefore, the characteristics of control materials and the optimum layout of control materials that attached to the boundary of structure-acoustic coupled cavity were studied using sequential optimization on this study.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.421-432
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2002
In this study the modal characteristics and responses of an asymmetric structure with added viscoelastic dampers were investigated for design parameters such as eccentricity of stiffness and added dampers, the loss factor of the damping materials used. For modal characteristics, variation of the quantities such as natural frequencies, modal damping ratios, modal participation factors, and dynamic amplification factors were observed, and displacements at flexible and stiff edges, and at center of mass were obtained. Based on the results, the problem of the optimum damper distribution to minimize the torsional effects was addressed, and the proposed method for optimum damper distribution was applied to a multi-story structure to verify the applicability Finally the effect of viscous and viscoelastic dampers were compared by varying the loss factor of the viscoelastic material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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