Recently, magnetorheological elastomer (MRE) material and its devices have been developed and attracted a good deal of attention for their potentials in vibration control. Among them, a highly adaptive base isolator based on MRE was designed, fabricated and tested for real-time adaptive control of base isolated structures against a suite of earthquakes. To perfectly take advantage of this new device, an accurate and robust model should be built to characterize its nonlinearity and hysteresis for its application in structural control. This paper first proposes a novel hysteresis model, in which a nonlinear hyperbolic sine function spring is used to portray the strain stiffening phenomenon and a Voigt component is incorporated in parallel to describe the solid-material behaviours. Then the fruit fly optimization algorithm (FFOA) is employed for model parameter identification using testing data of shear force, displacement and velocity obtained from different loading conditions. The relationships between model parameters and applied current are also explored to obtain a current-dependent generalized model for the control application. Based on the proposed model of MRE base isolator, a second-order sliding mode controller is designed and applied to the device to provide a real-time feedback control of smart structures. The performance of the proposed technique is evaluated in simulation through utilizing a three-storey benchmark building model under four benchmark earthquake excitations. The results verify the effectiveness of the proposed current-dependent model and corresponding controller for semi-active control of MRE base isolator incorporated smart structures.
Lu Deng;Min Zhu;Michael C.H. Yam;Ke Ke;Zhongfa Zhou;Zhonghua Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.589-605
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2023
This paper investigates the ductility demands of steel frames equipped with self-centring fuses under near-fault earthquake motions considering multiple yielding stages. The study is commenced by verifying a trilinear self-centring hysteretic model accounting for multiple yielding stages of steel frames equipped with self-centring fuses. Then, the seismic response of single-degree-of-freedom (SDOF) systems following the validated trilinear self-centring hysteretic law is examined by a parametric study using a near-fault earthquake ground motion database composed of 200 earthquake records as input excitations. Based on a statistical investigation of more than fifty-two (52) million inelastic spectral analyses, the effect of the post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio on the mean ductility demand of the system is examined in detail. The analysis results indicate that the increase of post-yield stiffness ratios, energy dissipation coefficient and yielding displacement ratio reduces the ductility demands of the self-centring oscillators responding in multiple yielding stages. A set of empirical expressions for quantifying the ductility demands of trilinear self-centring hysteretic oscillators are developed using nonlinear regression analysis of the analysis result database. The proposed regression model may offer a practical tool for designers to estimate the ductility demand of a low-to-medium rise self-centring steel frame equipped with self-centring fuses progressing in the ultimate stage under near-fault earthquake motions in design and evaluation.
Roof is an integral part of building envelope. It protects occupants from environmental forces such as wind, rain, snow and others. Among those environmental forces, wind is a major factor that can cause structural roof damages. Roof due to wind actions can exhibit either flexible or rigid system responses. At present, a dynamic test procedure available is CSA A123.21-04 for the wind uplift resistance evaluation of flexible membrane-roofing systems and there is no dynamic test procedure available in North America for wind uplift resistance evaluation of rigid membrane-roofing system. In order to incorporate rigid membrane-roofing systems into the CSA A123.21-04 testing procedure, this paper presents the development of a load cycle. For this process, the present study compared the wind performance of rigid systems with the flexible systems. Analysis of the pressure time histories data using probability distribution function and power spectral density verified that these two roofs types exhibit different system responses under wind forces. Rain flow counting method was applied on the wind tunnel time histories data. Calculated wind load cycles were compared with the existing load cycle of CSA A123.21-04. With the input from the roof manufacturers and roofing associations, the developed load cycles had been generalized and extended to evaluate the ultimate wind uplift resistance capacity of rigid roofs. This new knowledge is integrated into the new edition of CSA A123.21-10 so that the standard can be used to evaluate wind uplift resistance capacity of membrane roofing systems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.8
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pp.2030-2052
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2023
Analysis of a bipartite (two-mode) network is a significant research area to understand the formation of social communities, economic systems, drug side effect topology, etc. in complex information systems. Most of the previous works talk about a projection-based model or latent feature model, which predicts the link based on singular similarity. The projection-based models suffer from the loss of structural information in the projected network and the latent feature is hardly present. This work proposes a novel method for link prediction in the bipartite network based on an ensemble of composite similarities, overcoming the issues of model-based and latent feature models. The proposed method analyzes the structure, neighborhood nodes as well as latent attributes between the nodes to predict the link in the network. To illustrate the proposed method, experiments are performed with five real-world data sets and compared with various state-of-art link prediction methods and it is inferred that this method outperforms with ~3% to ~9% higher using area under the precision-recall curve (AUC-PR) measure. This work holds great significance in the study of biological networks, e-commerce networks, complex web-based systems, networks of drug binding, enzyme protein, and other related networks in understanding the formation of such complex networks. Further, this study helps in link prediction and its usability for different purposes ranging from building intelligent systems to providing services in big data and web-based systems.
This paper presents galloping analysis of multiple-degree-of-freedom (MDOF) structural roofs with multiple orientations. Instead of using drag and lift coefficients and/or their combined coefficient in traditional galloping analysis for slender structures, this study uses wind pressure coefficients for wind force representation on each and every different orientation roof, facilitating the galloping analysis of multiple-orientation roof structures. In the study, influences of nonlinear aerodynamic forces are considered. An energy-based equivalent technique, together with the modal analysis, is used to solve the nonlinear MDOF vibration equations. The critical wind speed for galloping of roof structures is derived, which is then applied to galloping analysis of roofs of a stadium and a high-rise building in China. With the aid of various experimental results obtained in pertinent research, this study also shows that consideration of nonlinear aerodynamic forces in galloping analysis generally increases the critical wind speed, thus enhancing aerodynamic stability of structures.
A new neural network (NN) predictive controller (NNPC) algorithm has been developed and tested in the computer simulation of active control of a nonlinear structure. In the present method an NN is used as a predictor. This NN has been trained to predict the future response of the structure to determine the control forces. These control forces are calculated by minimizing the difference between the predicted and desired responses via a numerical minimization algorithm. Since the NNPC is very time consuming and not suitable for real-time control, it is then used to train an NN controller. To consider the effectiveness of the controller on probability of damage, fragility curves are generated. The approach is validated by using simulated response of a 3 story nonlinear benchmark building excited by several historical earthquake records. The simulation results are then compared with a linear quadratic Gaussian (LQG) active controller. The results indicate that the proposed algorithm is completely effective in relative displacement reduction.
Bakir, Pelin Gundes;Alkan, Serhat;Eksioglu, Ender Mete
Smart Structures and Systems
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v.7
no.2
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pp.153-167
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2011
The Subspace based System Identification Techniques (SSIT) have been very popular within the research circles in the last decade due to their proven superiority over the other existing system identification techniques. For operational (output only) modal analysis, the stochastic SSIT and for operational modal analysis in the presence of exogenous inputs, the combined deterministic stochastic SSIT have been used in the literature. This study compares the application of the two alternative techniques on a typical school building in Istanbul using 100 Monte Carlo simulations. The study clearly shows that the combined deterministic stochastic SSIT performs superior to the stochastic SSIT when the techniques are applied on noisy data from low to mid rise stiff structures.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.3
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pp.91-98
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2013
A multi-input single-output (MISO) semi-active control systems were studied by many researchers. For more improved vibration control performance, a structure requires more than one control device. In this paper, multi-input multi-output (MIMO) semi-active fuzzy controller has been proposed for vibration control of seismically excited small-scale buildings. The MIMO fuzzy controller was optimized by multi-objective genetic algorithm. For numerical simulation, five-story example building structure is used and two MR dampers are employed. For comparison purpose, a clipped-optimal control strategy based on acceleration feedback is employed for controlling MR dampers to reduce structural responses due to seismic loads. Numerical simulation results show that the MIMO fuzzy control algorithm can provide superior control performance to the clipped-optimal control algorithm.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.21
no.7
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pp.77-83
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2016
This study aims to examine the effects of communication, mindfulness, and self-efficacy on the performance of online collaboration. The survey method was used for this study, and data from a total of 80 university students were used for the analysis. And structural equation model was used to analyze the data. The results of this empirical study is summarized as followings. First, communication and mindfulness have positive effect on self-efficacy. Second, communication do not have a direct effect on online collaboration performance but self-efficacy mediates the communication effect. Third, mindfulness do not have a direct effect on online collaboration performance but self-efficacy mediates the mindfulness effect. In this study, we suggested the importance of self-efficacy in building the performance of online collaboration.
Starting from the quadratic optimal control algorithm, this study obtains the relation of the performance index for constrained systems and Gauss's principle. And minimizing a function of the variation in kinetic energy at constrained and unconstrained states with respect to the velocity variation, the dynamic equation is derived and it is shown that the result compares with the generalized inverse method proposed by Udwadia and Kalaba. It is investigated that the responses of a 10-story building are constrained by the installation of a two-bar structure as an application to utilize the derived equations. The structural responses are affected by various factors like the length of each bar, damping, stiffness of the bar structure, and the junction positions of two structures. Under an assumption that the bars have the same mass density, this study determines the junction positions to minimize the total dynamic responses of the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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