Modeling of magnetorheological (MR) dampers for cable vibration control to facilitate the design of even more effective and economical systems is still a challenging task. In this study, a parameter-adaptive three-element model is first established for a full-scale MR damper based on laboratory tests. The parameters of the model are represented by a set of empirical formulae in terms of displacement amplitude, voltage input, and excitation frequency. The model is then incorporated into the governing equation of cable-damper system for investigation of open-loop vibration control of stay cables in a cable-stayed bridge. The concept of optimal voltage/current input achieving the maximum damping for the system is put forward and verified. Multi-mode suboptimal and Single-mode optimal open-loop control method is then developed. Important conclusions are drawn on application issues and unique characteristics of open-loop cable vibration control using MR dampers.
An analytical solution for the nonlinear in-plane free oscillations of the suspended cable which contains the quadratic and cubic nonlinearities is investigated via the homotopy analysis method (HAM). Different from the existing analytical technique, the HAM is indeed independent of the small parameter assumption in the nonlinear vibration equation. The nonlinear equation is established by using the extended Hamilton's principle, which takes into account the effects of the geometric nonlinearity and quasi-static stretching. A non-zero equilibrium position term is introduced due to the quadratic nonlinearity in order to guarantee the rule of the solution expression. Therefore, the mth-order analytic solutions of the corresponding equation are explicitly obtained via the HAM. Numerical results show that the approximate solutions obtained by using the HAM are in good agreement with the numerical integrations (i.e., Runge-Kutta method). Moreover, the HAM provides a simple way to adjust and control the convergent regions of the series solutions by means of an auxiliary parameter. Finally, the effects of initial conditions on the linear and nonlinear frequency ratio are investigated.
With the increasing of urban electricity demand, making the most use of the power cable carrying capacity has become an important task in power grid system. Contrary to the rated ampacity obtained under extremely conservative conditions, this paper presents the various steady value of cable ampacity by using the changing surrounding parameters under operation, which is based on cable ampacity calculation equation under the IEC-60287 standard. To some degree, the cable ampacity analysis of actual surroundings improves the transmission capacity of cables. This paper reveals the factors that influence cable ampacity such as insulating layer thickness, allowable long-term conductor temperature, the ambient temperature, soil thermal resistance coefficient, and so on, then gives the class of the influence of these parameters on the ampacity, which plays a great role in accurately calculating the real-time ampacity and improving the utilization rate of cable in the complex external environment condition. Furthermore, the transient thermal rating of the cable is analyzed in this paper, and temperature variation of the conductor under different overload conditions is discussed, which provides effective information for the operation and control of the system.
In this work the dynamic heat transfer occurring in a cable penetration fire stop system built in the firewall of nuclear power plants is three-dimensionally investigated to develop a test-simulator that can be used to verify effectiveness of the sealants. The dynamic heat transfer can be described by a partial differential equation (PDE) and its initial and boundary conditions. For the shake of simplicity PDE is divided into two parts; one corresponding to the heat transfer in the axial direction and the other corresponding to the heat transfer on the vertical layers. Two numerical methods, SOR (Sequential Over-Relaxation) and FEM (Finite Element Method), are implemented to solve these equations respectively. The axial line is discretized, and SOR is applied. Similarly, all the layers are separated into finite elements, where the time and spatial functions are assumed to be of orthogonal collocation state at each element. The heat fluxes on the layers are calculated by FEM. It is shown that the penetration cable influences the temperature distribution of the fire stop system very significantly. The simulation results are shown in the three-dimensional graphics for the understanding of the transient temperature distribution in the fire stop system.
The objective of this paper is setting out, for a cable-stayed bridge with a curtain suspension, a method to determine the modes of vibration of the structure. The system of differential equations governing the vibrations of the bridge, derived by means of a variational formulation in a nonlinear field, is reported in Appendix C. The whole analysis results from the application of Hamilton's principle, using the expressions of potential and kinetic energies and of the virtual work made by viscous damping forces of the various parts of the bridge (Monaco and Fiore 2003). This paper focuses on the equation concerning the transversal motion of the girder of the cable-stayed bridge and in particular on its final form obtained, restrictedly to the linear case, neglecting some quantities affecting the solution in a non-remarkable way. In the hypotheses of normal mode of vibration and of steady-state, we propose the resolution of this equation by a particular method based on a numerical approach. Respecting the boundary conditions, we derive, for each mode of vibration, the corresponding frequency, both natural and damped, the shape-function of the girder axis and the exponential function governing the variability of motion amplitude in time. Finally the results so obtained are compared with those deriving from the dynamic analysis performed by a finite elements calculation program.
Seo Jong-Hwi;Jung Il-Ho;Sugiyama Hiroyuki;Shabana Ahmed A.;Park Tae-Won
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1123-1131
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2005
In this paper, a formulation for a spatial sliding joint, which a general multibody can move along a very flexible cable, is derived using absolute nodal coordinates and non-generalized coordinate. The large deformable motion of a spatial cable is presented using absolute nodal coordinate formulation, which is based on the finite element procedures and the general continuum mechanics theory to represent the elastic forces. And the non-generalized coordinate, which is neither related to the inertia forces nor external forces, is used to describe an arbitrary position along the centerline of a very flexible cable. In the constraint equation for the sliding joint, since three constraint equations are imposed and one non-generalized coordinate is introduced, one constraint equation is systematically eliminated. Therefore, there are two independent Lagrange multipliers in the final system equations of motion associated with the sliding joint. The development of this sliding joint is important to analyze many mechanical systems such as pulley systems and pantograph/catenary systems for high speed-trains.
Zhou, H.J.;Yang, X.;Peng, Y.R.;Zhou, R.;Sun, L.M.;Xing, F.
Smart Structures and Systems
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v.23
no.6
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pp.669-682
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2019
Vibration mitigation of cables or hangers is one of the crucial problems for cable supported bridges. Previous research focused on the behaviors of cable with dampers or crossties, which could help engineering community apply these mitigation devices more efficiently. However, less studies are available for hybrid applied cross-ties and dampers, especially lack of both analytical and experimental verifications. This paper studied damping and frequency of two parallel identical cables with a connection cross-tie and an attached damper. The characteristic equation of system was derived based on transfer matrix method. The complex characteristic equation was numerically solved to find the solutions. Effects of non-dimensional spring stiffness and location on the maximum cable damping, the corresponding optimum damper constant and the corresponding frequency of lower vibration mode were further addressed. System with twin small-scale cables with a cross-link and a viscous damper were tested. The damping and frequency from the test were very close to the analytical ones. The two branches of solutions: in-phase modes and the out-of-phase modes, were identified; and the two branches of solutions were different for damping and frequency behaviors.
High-rise structures prone to large vibrations under the action of strong winds, resulting in fatigue damage of the structural components and the foundation. A novel compound damping cable system (CDCS) is proposed to suppress the excessive vibrations. CDCS uses tailored double cable system with increased tensile stiffness as the connecting device, and makes use of the relative motion between the high-rise structure and the ground to drive the damper to move back-and-forth, dissipating the vibration mechanical energy of the high-rise structure so as to decaying the excessive vibration. Firstly, a third-order differential equation for the free vibration of high-rise structure with CDCS is established, and its closed form solution is obtained by the root formulas of cubic equation (Shengjin's formulas). Secondly, the analytical solution is validated by a laboratory model experiment. Thirdly, parametric analysis is conducted to investigate how the parameters affect the vibration control performance. Finally, the dynamic responses of the high-rise structure with CDCS under harmonic and stochastic excitations are calculated and its vibration mitigation performance is further evaluated. The results show that the CDCS can provide a large equivalent additional damping ratio for the vibrating structures, thus suppressing the excessive vibration effectively. It is anticipated that the CDCS can be used as a good alternative energy dissipation system for vibration control of high-rise structures.
In this work the dynamic heat transfer occurring in a cable penetration fire stop system built in the firewall of nuclear power plants is three-dimensionally investigated to develop a test-simulator that can be used to verify effectiveness of the sealants. Here was carried out an experiment to observe the heat transfer in the cable penetration fire stop system made of DOW CORNING products. The dynamic heat transfer occurring in the fire stop system is formulated in a parabolic partial differential equation subjected to a set of initial and boundary conditions. And it was modeled, simulated, and analyzed. The simulation results were illustrated in three-dimensional graphics and were compared with experimental data. Through the simulations, it was shown clearly that the temperature distribution was influenced very much by the number, position, and temperature of the cable streams. It also was found that the dynamic heat transfer through the cable streams was one of the most dominant factors, and the feature of heat conduction could be understood as an unsteady-state process. It is certain that these numerical results are useful for making a performance-based design for the cable penetration fire stop system.
The sheath in underground power cables serves as a layer to prevent moisture ingress into the insulation layer and provide a path for earth return current. Nowadays, owing to the maturity of manufacturing technologies, there are normally no problems for the quality of the sheath itself. However, after the cable is laid in the cable tunnel and is operating as part of the transmission network, due to network construction and some unexpected factors, some problems may be caused to the sheath. One of them is the high sheath circulating current. In a power cable system, the uniform configuration of the cables between sections is sometimes difficult to achieve because of the geometrical limitation. This will cause the increase of sheath circulating current, which results in the increase of sheath loss and the decrease of permissible current. This paper will study the various characteristics and effects of sheath circulating current, and then will prove why the sheath current rises on the underground power cable system. A newly designed device known as the Power Cable Current Analyser, as well as ATP simulation and calculation equation are used for this analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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