Meza Fajardo, Kristel C.;Papageorgiou, Apostolos S.
Earthquakes and Structures
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v.3
no.3_4
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pp.383-411
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2012
The objective of the present paper is to review and implement the most recent developments in the Spectral Element Method (SEM), as well as improve aspects of its implementation in the study of wave propagation by numerical simulation in elastic unbounded domains. The classical formulation of the method is reviewed, and the construction of the mass matrix, stiffness matrix and the external force vector is expressed in terms of matrix operations that are familiar to earthquake engineers. To account for the radiation condition at the external boundaries of the domain, a new absorbing boundary condition, based on the Perfectly Matched Layer (PML) is proposed and implemented. The new formulation, referred to as the Multi-Axial Perfectly Matched Layer (M-PML), results from generalizing the classical Perfectly Matched Layer to a medium in which damping profiles are specified in more than one direction.
Ebrahimi, Farzad;Barati, Mohammad Reza;Tornabene, Francesco
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.3
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pp.257-269
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2019
This paper develops a nonlocal strain gradient plate model for damping vibration analysis of smart magneto-electro-viscoelastic nanoplates resting on visco-Pasternak medium. For more accurate analysis of nanoplate, the proposed theory contains two scale parameters related to the nonlocal and strain gradient effects. Viscoelastic effect which is neglected in all previous papers on magneto-electro-viscoelastic nanoplates is considered based on Kelvin-Voigt model. Governing equations of a nonlocal strain gradient smart nanoplate on viscoelastic substrate are derived via Hamilton's principle. Galerkin's method is implemented to solve the governing equations. Effects of different factors such as viscoelasticity, nonlocal parameter, length scale parameter, applied voltage and magnetic potential on damping vibration characteristics of a nanoplate are studied.
Forced vibration analysis of a simple supported viscoelastic nanobeam is studied based on modified couple stress theory (MCST). The nanobeam is excited by a transverse triangular force impulse modulated by a harmonic motion. The elastic medium is considered as Winkler-Pasternak elastic foundation.The damping effect is considered by using the Kelvin-Voigt viscoelastic model. The inclusion of an additional material parameter enables the new beam model to capture the size effect. The new non-classical beam model reduces to the classical beam model when the length scale parameter is set to zero. The considered problem is investigated within the Timoshenko beam theory by using finite element method. The effects of the transverse shear deformation and rotary inertia are included according to the Timoshenko beam theory. The obtained system of differential equations is reduced to a linear algebraic equation system and solved in the time domain by using Newmark average acceleration method. Numerical results are presented to investigate the influences the material length scale parameter, the parameter of the elastic medium and aspect ratio on the dynamic response of the nanobeam. Also, the difference between the classical beam theory (CBT) and modified couple stress theory is investigated for forced vibration responses of nanobeams.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.363-368
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2002
A practical implementation method of squeeze-film aeroelastic disk vibration damping and its practical design performance are presented to provide a solution method to meet the tight TMR(Track Mis-Registration) design budget of high-TPI HDDs. Most previous research results are mainly based on the component-level study in the 'open-cover state' which is far from the realistic operation HDD condition. In this study, the squeeze-film disk damping effect is widely investigated under the realistic drive-level condition of 'enclosed-cover state.' It is found that the proper aeroelastic gap(s) between disk(s) and adjacent surface(s) to give significant vibration reduction in the enclosed HDD operating conditions can be achieved not only by classical well-known squeeze-film damping gaps such as very small 0.0x-millimeter level gaps which are not practically implementable in mass-production HDDs, but also by a few 0.x millimeter which is possible for designing realistic HDD design. The various experimental results including drive-level PES are also presented to prove feasibility of the optimal disk damper design for 93kTPI HDDs.
Pour, H. Rahimi;Arani, A. Ghorbanpour;Sheikhzadeh, G.A.
Steel and Composite Structures
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v.23
no.6
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pp.691-714
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2017
Rotating fluid induced vibration and instability of embedded piezoelectric nano-composite separators subjected to magnetic and electric fields is the main contribution of present work. The separator is modeled with cylindrical shell element and the structural damping effects are considered by Kelvin-Voigt model. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are used as reinforcement and effective material properties are obtained by mixture rule. The perturbation velocity potential in conjunction with the linearized Bernoulli formula is used for describing the rotating fluid motion. The orthotropic surrounding elastic medium is considered by spring, damper and shear constants. The governing equations are derived on the bases of classical shell theory (CST), first order shear deformation theory (FSDT) and sinusoidal shear deformation theory (SSDT). The nonlinear frequency and critical angular fluid velocity are calculated by differential quadrature method (DQM). The detailed parametric study is conducted, focusing on the combined effects of the external voltage, magnetic field, visco-Pasternak foundation, structural damping and volume percent of SWCNTs on the stability of structure. The numerical results are validated with other published works as well as comparing results obtained by three theories. Numerical results indicate that with increasing volume fraction of SWCNTs, the frequency and critical angular fluid velocity are increased.
Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.185-192
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2019
Recently, the frequency and magnitude of earthquakes are increasing worldwide. In Korea, the Gyeongju earthquake (2016) and the Pohang earthquake (2017) caused structural damage to many buildings. Since Korea's seismic design standards were revised to three or more stories in 2005, five-story buildings built before the revision are not designed to be earthquake-resistant. In this situation, if strong earthquake occurs in Korea, there will be great damage. To prevent this, seismic retrofit of buildings should be necessary. The seismic retrofit of classical method is mainly used to reduce the displacement generated in the structure by strengthening stiffness and strength. However, since this method increases the base shear force of the structure, it is difficult to apply it to buildings which have weak foundation. Therefore, in this study, we propose the damper system that reduces the response displacement of buildings and suppresses the increase of base shear force by using high damping rubber and steel. And the seismic performance of the damper system is verified through the experiment and the seismic analysis of the structure.
Alcover-Sanchez, R.;Soria, J.M.;Perez-Aracil, J.;Pereira, E.;Diez-Jimenez, E.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.3
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pp.499-512
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2022
This work proposes a novel contactless vibration damping and thermal isolation tripod platform based on Superconducting Magnetic Levitation (SML). This prototype is suitable for cryogenic environments, where classical passive, semi active and active vibration isolation techniques may present tribological problems due to the low temperatures and/or cannot guarantee an enough thermal isolation. The levitating platform consists of a Superconducting Magnetic Levitation (SML) with inherent passive static stabilization. In addition, the use of Operational Modal Analysis (OMA) technique is proposed to characterize the transmissibility function from the baseplate to the platform. The OMA is based on the Stochastic Subspace Identification (SSI) by using the Expectation Maximization (EM) algorithm. This paper contributes to the use of SSI-EM for SML applications by proposing a step-by-step experimental methodology to process the measured data, which are obtained with different unknown excitations: ambient excitation and impulse excitation. Thus, the performance of SSI-EM for SML applications can be improved, providing a good estimation of the natural frequency and damping ratio without any controlled excitation, which is the main obstacle to use an experimental modal analysis in cryogenic environments. The dynamic response of the 510 g levitating platform has been characterized by means of OMA in a cryogenic, 77 K, and high vacuum, 1E-5 mbar, environment. The measured vertical and radial stiffness are 9872.4 N/m and 21329 N/m, respectively, whilst the measured vertical and radial damping values are 0.5278 Nm/s and 0.8938 Nm/s. The first natural frequency in vertical direction has been identified to be 27.39 Hz, whilst a value of 40.26 Hz was identified for the radial direction. The determined damping values for both modes are 0.46% and 0.53%, respectively.
The gigahertz oscillator behavior of double-walled boron-nitride nanotube (BNNT) was investigated by using classical molecular dynamics simulations. The BNNT oscillator characteristics were compared to carbon-nanotube (CNT) and hybrid-C@BNNT oscillators. The results show that the BNNT oscillators are higher than the van der Waals force of the CNT oscillator. Since the frictional effects of BNNT oscillators are higher than that of a CNT oscillator, the damping factors of BNNT and hybrid oscillators are higher than that of a CNT oscillator.
In this paper the tuned mass-damper-inerter (TMDI) is considered for passive vibration control and energy harvesting in harmonically excited structures. The TMDI couples the classical tuned mass-damper (TMD) with a grounded inerter: a two-terminal linear device resisting the relative acceleration of its terminals by a constant of proportionality termed inertance. In this manner, the TMD is endowed with additional inertia, beyond the one offered by the attached mass, without any substantial increase to the overall weight. Closed-form analytical expressions for optimal TMDI parameters, stiffness and damping, given attached mass and inertance are derived by application of Den Hartog's tuning approach to suppress the response amplitude of force and base-acceleration excited single-degree-of-freedom structures. It is analytically shown that the TMDI is more effective from a same mass/weight TMD to suppress vibrations close to the natural frequency of the uncontrolled structure, while it is more robust to detuning effects. Moreover, it is shown that the mass amplification effect of the inerter achieves significant weight reduction for a target/predefined level of vibration suppression in a performance-based oriented design approach compared to the classical TMD. Lastly, the potential of using the TMDI for energy harvesting is explored by substituting the dissipative damper with an electromagnetic motor and assuming that the inertance can vary through the use of a flywheel-based inerter device. It is analytically shown that by reducing the inertance, treated as a mass/inertia-related design parameter not considered in conventional TMD-based energy harvesters, the available power for electric generation increases for fixed attached mass/weight, electromechanical damping, and stiffness properties.
Human-induced vibration could present a serious serviceability problem for large-span and/or lightweight floors using the high-strength material. This paper presents the results of heel-drop, jumping, and walking tests on a large-span composite steel rebar truss-reinforced concrete (CSBTRC) floor. The effects of human activities on the floor vibration behavior were investigated considering the parameters of peak acceleration, root-mean-square acceleration, maximum transient vibration value (MTVV), fundamental frequency, and damping ratio. The measured field test data were validated with the finite element and theoretical analysis results. A comprehensive comparison between the test results and current design codes was carried out. Based on the classical plate theory, a rational and simplified formula for determining the fundamental frequency for the CSBTRC floor is derived. Secondly, appropriate coefficients (βrp) correlating the MTVV with peak acceleration are suggested for heel-drop, jumping, and walking excitations. Lastly, the linear oscillator model (LOM) is adopted to establish the governing equations for the human-structure interaction (HSI). The dynamic characteristics of the LOM (sprung mass, equivalent stiffness, and equivalent damping ratio) are determined by comparing the theoretical and experimental acceleration responses. The HSI effect will increase the acceleration response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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