The negative stiffness spring and inerter are both characterized by the negative stiffness effect in the force-displacement relationship, potentially yielding an amplifying mechanism for dashpot deformation by being incorporated with a series tuning spring. However, resisting forces of the two mechanical elements are dominant in different frequency domains, thus leading to necessary complementarity in terms of vibration control and the amplifying benefit. Inspired by this, this study proposes a Negative Stiffness Inerter System (NSIS) as an earthquake protection system and developed analytical design formulae by fully utilizing its advantageous features. The NSIS is composed of a sub-configuration of a negative stiffness spring and an inerter in parallel, connected to a tuning spring in series. First, closed-form displacement responses are derived for the NSIS structure, and a stability analysis is conducted to limit the feasible domains of NSIS parameters. Then, the dual advantageous features of displacement reduction and the dashpot deformation amplification effect are revealed and clarified in a parametric analysis, stimulating the establishment of a displacement-based optimal design framework, correspondingly yielding the design formulae in analytical form. Finally, a series of examples are illustrated to validate the derived formulae. In this study, it is confirmed that the synergistic incorporation of the negative stiffness spring and the inerter has significant energy dissipation efficiency in a wide frequency band and an enhanced control effect in terms of the displacement and shear force responses. The developed displacement-based design strategy is suitable to utilize the dual benefits of the NSIS, which can be accurately implemented by the analytical design formulae to satisfy the target vibration control with increased energy dissipation efficiency.
Kim, Eui-Youl;Kim, Byung-Hyun;Kim, Ho-Wuk;Lee, Sang-Kwon
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.2
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pp.146-155
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2012
The filtered-x LMS(FX-LMS) algorithm has been applied to the active noise control(ANC) system in an acoustic duct. This algorithm is designed based on the FIR(finite impulse response) filter, but it has a slow convergence problem because of a large number of zero coefficients. In order to improve the convergence performance, the step size of the LMS algorithm was modified from fixed to variable. However, this algorithm is still not suitable for the ANC system of a short acoustic duct since the reference signal is affected by the backward acoustic wave propagated from a secondary source. Therefore, the recursive filtered-u LMS algorithm(FU-LMS) based on infinite impulse response(IIR) is developed by considering the backward acoustic propagation. This algorithm, unfortunately, generally has a stability problem. The stability problem was improved by using an error smoothing filter. In this paper, the recursive LMS algorithm with variable step size and smoothing error filter is designed. This recursive LMS algorithm, called FU-VSSLMS algorithm, uses an IIR filter. With fast convergence and good stability, this algorithm is suitable for the ANC system in a short acoustic duct such as the intake system of an automotive. This algorithm is applied to the ANC system of a short acoustic duct. The disturbance signals used as primary noise source are a sinusoidal signal embedded in white noise and the chirp signal of which the instantaneous frequency is variable. Test results demonstrate that the FU-VSSLMS algorithm has superior convergence performance to the FX-LMS algorithm and FX-LMS algorithm. It is successfully applied to the ANC system in a short duct.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.6
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pp.491-497
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2012
A hull-form for a 32,000G/T class Ro-Pax ferry has developed in accordance with a need of ferry operators to reduce fuel oil consumption(FOC) due to the drastic increase in oil prices recently and strengthening of environmental rules and regulations such as CO2 emission. A twin-skeg type is applied as the hull-form in lieu of an open-shaft type in order to improve propulsion performance. In order to achieve this object, flow control devices are installed to reduce a propeller induced vibration which is a main reason to obstruct the application of twin-skeg type passenger vessels owing to an uncomfortable vibration level. Numerical simulation by using an in-house code and a commercial code (Fluent) has performed to find out an optimum design of the flow control devices and to check an improvement in cavity volume. Model tests in Samsung Ship Model Basin are carried out to evaluate propulsion performance with the developed twin-skeg type hull and a reference hull of open-shaft type. In conclusion, it is shown that the twin-skeg type hull is better than the open-shaft in FOC by around 7% and in cavity volume by 20% as well.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2013.10a
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pp.346-349
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2013
This paper describes a triple-input energy harvesting circuit using solar, vibration and thermoelectric energy with MPPT(Maximum Power Point Tracking) control. The designed circuit employs MPPT control to harvest maximum power available from a solar cell, PZT vibration element and thermoelectric generator. The harvested energies are simultaneously combined and stored in a storage capacitor, and then managed and transferred into a sensor node by PMU(Power Management Unit). MPPT controls are implemented using the linear relation between the open-circuit voltage of an energy transducer and its MPP(Maximum Power Point) voltage. The proposed circuit is designed in a CMOS 0.18um technology and its functionality has been verified through extensive simulations. The designed chip occupies $945{\mu}m{\times}995{\mu}m$.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2015.10a
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pp.412-415
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2015
This paper presents a MPPT(Maximum Power Point Tracking) control CMOS interface circuit for vibration energy harvesting. The proposed circuit consists of an AC-DC converter, MPPT Controller, DC-DC boost converter and PMU(Power Management Unit). The AC-DC converter rectifies the AC signals from vibration devices(PZT). MPPT controller is employed to harvest the maximum power from the PZT and increase efficiency of overall system. The DC-DC boost converter generates a boosted and regulated output at a predefined level and provides energy to load using PMU. A full-wave rectifier using active diodes is used as the AC-DC converter for high efficiency, and a schottky diode type DC-DC boost converter is used for a simple control circuitry. The proposed circuit has been designed in a 0.35um CMOS process. The chip area is $950um{\times}920um$.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.161-168
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2008
In this paper, a tuned liquid mass damper(TLMD) was proposed and experimentally investigated on its control performance, which can control bi-axial responses of building structures by using only one device. The proposed TLMD controls the structural response in a specific one direction by using a liquid sloshing of TLCD. Also, the TLMD reduces the response of structures in the other orthogonal direction by behaving as a TMD that uses mass of the container itself and liquid within container of TLCD installed on linear motion guides. Force-vibration tests on a real-sized structure installed with the TLMD were performed to verify its independent behavior in two orthogonal directions. Test results showed that the responses of a structure were considerably reduced by using the proposed TLMD and its usefulness for structural control in two orthogonal directions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.11
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pp.1613-1622
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2010
In this paper, the ultraprecision positioning control of an ultrasonic linear motor in a high-vacuum environment is presented. The bolt-clamped Langivin type transducer (BLT) with the 3rd longitudinal; and 6th lateral vibration modes was developed, which was excited by using the Eigen resonance frequency for two vibration modes in order to generate stable and high power. In practical applications, however, even if a geometrical design has an Eigen frequency, discordance between both mode frequencies can be generated by the contact mechanism and because of manufacturing errors as well as environmental factors. Both mode frequencies were precisely matched by adjusting the impedence. By using this method, the BLT can be driven under any environmental conditions. The nominal characteristic trajectory following(NCTF) control method was adopted to control the positioning of the system in vacuum. The developed linear motor stage show high positioning accuracy with 5 nm.
The train transportation has a lot of advantages-energy efficiency is high, it is eco-friendly, safety is better than normal roads and it is possible for people to arrive on time. In these days, the valuation of ride comfort, which is only limited to road transportation, is newly recognized in order to having competitiveness from other transportation. Especially, in the development of the Korean high-speed railroad business, the ride comfort enhancement of train is very important problem to be solved. Currently, there are international standards of ride comfort such as UIC13, ISO2631. In Korea case, although it has own standard like KS R9216, it mainly depends on the physical parameter such as vibration and noise. So recently, in the valuation of ride comfort, the movements of living parameter technique introduction are increasing on the base of Japan and many developed countries of Europe techniques. Presently, the method of train ride comfort is mainly based of vibration, that is, mechanical parameter adding selection of variable acceleration and noise. This paper would like to show biological parameter; heart rate and blood pressure variation. This method is more direct, based on human body response, than mechanical parameter method. In this experiment, the variability of heart rate and blood pressure of passengers according to tilting angle change of Train, the Korean tilting train, we are supposed to know that the extent of tilting on the simulation has influence on variability of heart rate and blood pressure, which are living parameter of heart's blood.
Natural hazards like earthquakes, high winds, and tsunami are a threat all the time for multi-story structures. The environmental forces cannot be clogged but the structures can be prevented from these natural hazards by using protective systems. The structural control can be achieved by using protective systems like the passive, active, semi-active, and hybrid protective systems; but the semi-active protective system has gained importance because of its adaptability to the active systems and reliability of the passive systems. Therefore, a semi-active protective system for the earthquake forces has been adopted in this work. Magneto-Rheological (MR) damper is used in the structure as a semi-active protective system; which is connected to the current driver and proposed controller. The Proportional Integral Derivative (PID) controller and reliable PID controller are two proposed controllers, which will actuate the MR damper and the desired force is generated to mitigate the vibration of the structural response subjected to the earthquake. PID controller and reliable PID controller are designed and tuned using Ziegler-Nichols tuning technique along with the MR damper simulated in Simulink toolbox and MATLAB to obtain the reduced vibration in a three-story benchmark structure. The earthquake is considered to be uncertain; where the proposed control algorithm works well during the presence of earthquake; this paper considers robustness to provide satisfactory resilience against this uncertainty. In this work, two different earthquakes are considered like El-Centro and Northridge earthquakes for simulation with different controllers. In this paper performances of the structure with and without two controllers are compared and results are discussed.
Background: Pain control is a crucial aspect of pediatric dentistry for patient management. Thermo-mechanical devices (BuzzyTM Pain Care Labs, USA) work on the concept of vibration and cooling and have shown promising results in pain control during local anesthesia in pediatric dentistry. On the other hand, audio distraction has also been used for pain management. The amount of pain endured is determined by the patient's perception and attentiveness. Thus, if audio function is added to the thermomechanical device it might increase its efficiency. Hence, the present study aimed to compare pain on injection using a thermo-mechanical device with and without audio during inferior alveolar nerve block (IANB) injection in children aged 5-10 years old. Methods: Twenty-eight children aged between 5 and 10 indicated for IANB were included in this randomized study. Children who were undergoing the dental procedure were divided into 2 groups, with 14 children in each group. The study group was the thermo-mechanical device with audio distraction; the control group was the thermo-mechanical device without audio distraction. IANB was administered. Subjective pain evaluation was performed using the Wong-Baker Faces Pain Rating Scale (WBFPR) and objective pain evaluation was done using the Faces, Leg, Activity, Consolability, Cry (FLACC) scale. Results: The outcome depicted a significant reduction in pain on injection for both objective and subjective evaluations in the thermo-mechanical device with an audio distraction group. Conclusions: Less pain on injection was observed, when a thermo-mechanical device was used with audio distraction for IANB procedures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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