Negative stiffness, previously emulated by active or semi-active control for cable vibration mitigation, is realized passively using a self-contained highly compressed spring, the negative stiffness device (NSD).The NSD installed in parallel with a viscous damper (VD) in the vicinity of cable anchorage, enables increment of damper deformation during cable vibrations and hence increases the attainable cable damping. Considering the small cable displacement at the damper location, even with the weakening device, the force provided by the NSD-VD assembly is approximately linear. Complex frequency analysis has thus been conducted to evaluate the damping effect of the assembly on the cable; the displacement-dependent negative stiffness is further accounted by numerical analysis, validating the accuracy of the linear approximation for practical ranges of cable and NSD configurations. The NSD is confirmed to be a practical and cost-effective solution to improve the modal damping of a cable provided by an external damper, especially for super-long cables where the damper location is particularly limited. Moreover, mathematically, a linear negative stiffness and viscous damping assembly has proven capability to represent active or semi-active control for simplified cable vibration analysis as reported in the literature, while in these studies only the assembly located near cable anchorage has been addressed. It is of considerable interest to understand the general characteristics of a cable with the assembly relieving the location restriction, since it is quite practical to have an active controller installed at arbitrary location along the cable span such as by hanging an active tuned mass damper. In this paper the cable frequency variations and damping evolutions with respect to the arbitrary assembly location are then evaluated and compared to those of a taut cable with a viscous damper at arbitrary location, and novel frequency shifts are observed. The characterized complex frequencies presented in this paper can be used for preliminary damping effect evaluation of an adaptive passive or semi-active or active device for cable vibration control.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.4
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pp.103-114
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1998
The floors of building structures equipped with vibrating machines can be susceptible to large vibration as a result of resonance or beating. Such a vibration can be reduced efficiently by using tuned mass dampers. However, the effectiveness of the damper depends greatly on the location and the natural frequency of the damper. To determine the optimum damper location is especially important since the dynamic behavior of a building structure varies with the location of the input loading. To this end, it is intended to decide the location and natural frequency of tuned mass dampers for reducing vibration of both loaded floors and floors located nearby the loaded floors considering the location and frequency components of the loading. The Vector composition method and the super elements are used th obtain the responses in steady states, and the optimum damper location and natural frequencies were found with the given damper mass.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.42-49
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2006
In this paper, an efficient piezoelectric passive damper is newly devised to suppress the multi-mode vibration of plates. To construct the passive damper, the piezoelectric materials are utilized as energy transformer, which can transform the mechanical energy to electrical energy. To dissipate the electrical energy transformed from mechanical energy, multiple resonant shunted piezoelectric circuits are applied. The dynamic governing equations of a coupled electro-mechanical piezoelectric with multiple piezoelectric patches and multiple resonant shunted circuits is derived and solved for the one edge clamped plate. The equations of motion of the piezoelectrics and shunted circuits as well as the plate are discretized by finite element method to estimate more exactly the effectiveness of the piezoelectric passive damper. The method to find the optimal location of a piezoelectric is presented to maximize effectiveness for desired modes. The electro-mechanical coupling term becomes important parameter to select the optimal location.
In recently, the vibration control of adjacent buildings have been studied and magneto-rheological(MR) fluid dampers have been applied to seismic response control. MR dampers can be controlled with small power supplies and the dynamic range of this damping force is quite large. This MR damper is one of semi-active dampers as a new class of smart dampers. In this study, vibration control effect according to the installation location of the MR damper connected adjacent buildings has been investigated. Adjacent building structures with different natural frequencies were used as example structures. Groundhook control model is applied to determinate control force of MR damper. In this numerical analysis, it has been shown that displacement responses can be effectively controlled as adjacent buildings are connected at roof floors by MR damper. And acceleration responses can be effectively reduced when two buildings are connected at the mid-stories of adjacent buildings by MR damper. Therefore, the installation floor of the MR damper should be selected with seismic response control target.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.153-160
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2003
The objective of optimal placement of dampers for a structure is to maximize the effective-ness of the vibration control with the same number of dampers. While many optimal placement methods of linear viscous dampers have been proposed and used, there are only a few methods for MR dampers. Here some optimal location indices for M dampers are proposed, which are similar to those for linear viscous dampers and show how large the structural responses on each floor are. Every time an additional MR damper is implemented, the optimal location index on each floor is measured, and then the next damper is installed on the floor with the maximum location index. In these sequential procedures, the peak interstory drift, the peak interstory velocity and the absolute acceleration of each floor are selected as the optimal location indeices. Four different earthquakes with various scales are loaded to the 20-story nonlinear benchmark building model (Otori et al. 2000, 2002). Passive On/on algorithms are used in order to represent the control algorithm of M dampers.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2003.09a
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pp.467-472
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2003
The objective of optimal placement of dampers for a structure is to maximize the effectiveness of the vibration control with the same number of dampers. While many optimal placement methods of linear viscous dampers have been proposed and used, there are only a few methods for MR dampers. Here some optimal location indices for MR dampers are proposed, which are similar to those for linear viscous dampers and show how large the structural responses on each floor we. Every time an additional MR damper is implemented, the optimal location index on each floor is measured, and then the next damper is installed on the floor with the maximum location index. In these sequential procedures, the peak interstory drift, the peak interstory velocity and the absolute acceleration of each floor are selected as the optimal location indeices. Four different earthquakes with various scales are loaded to the 20-story nonlinear benchmark building model (Otori et at. 2000, 2002). Passive On/Off algorithms are used in order to represent the control algorithm of MR dampers.
For the vibration control of earthquake-excited structures, a pivot-type displacement amplification damper system is proposed and its validity is investigated in this study. A rotational frame amplifies the stroke of the proposed damper system and it can absorb more vibrational energy compared to the conventional dampers of which strokes are not large. In order to prove the effectiveness of the system, time-history analyses are performed with a three story building modelled by a three dimensional frame and numerical results are compared with those for a conventional V-shape braced damper system. In addition, the seismic performances are investigated according to the changes of damper capacity and location.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.7
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pp.814-819
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2016
The Stockbridge damper is used to control the aeolian vibration of a overhead transmission line due to the natural wind under a low velocity, between 1 m/s to 7 m/s. The damper model can be simply derived with several design parameters and the location of eigenvalues of design parameters are important to determine the efficiency of energy dissipation by excitation itself with two counterweights. First, the importance of resonance frequencies of Stockbridge damper was reviewed through the analysis of frequency response function of damper system. Then, the best selection of design parameters was investigated with the introduction of objected function that minimize the distance between the calculated eigenvalues and target frequency points. The best choice of design parameters was reviewed using the simulated results from the objective function and the effectiveness of selected design case was discussed at the point view of practical implementation.
An efficient optimum design process has been developed and applied to systematically design a lock-up clutch system for a torque converter used in an automatic transmission. A simulated annealing algorithm was applied to determine the parameters of the compressive helical damper springs in the clutch. The determination of the number, location, a number of turns, and deflection of damper springs plays an important role in reducing vibration and noise in the lock-up system. Next, FE-based shape optimization was coded to find the shape of the clutch disk that would satisfy the strength, noise and vibration requirements. Using the optimum code, parametric studies were performed to see how spring diameters and frequencies of clutch systems changed as the damper spring traveling angles and the torques were varied. Based on the optimum results, five different designs for clutches with different springs were fabricated and vibration analyses and tests were conducted to validate the accuracy of the proposed method. Results from the two methods show a good correlation.
Rahman, Mohammad Sabbir;Chang, Seongkyu;Kim, Dookie
Structural Engineering and Mechanics
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v.63
no.4
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pp.537-549
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2017
One of the main concerns of civil engineering researchers is developing or modifying an energy dissipation system that can effectively control structural vibrations, and keep the structural response within tolerable limits during unpredictable events like earthquakes, wind and any kind of thrust load. This article proposes a new type of mass damper system for controlling wideband earthquake vibrations, called Multiple Wall Dampers (MWD). The basic principle of the Tuned Mass Damper (TMD) was used to design the proposed wall damper system. This passive energy dissipation system does not require additional mass for the damping system because the boundary wall mass of the building was used as a damper mass. The multi-mode approach was applied to determine the location and design parameters of the dampers. The dampers were installed based on the maximum amplitude of modes. To optimize the damper parameters, the multi-objective optimization Response Surface Methodology was used, with frequency response and maximum displacement as the objective functions. The obtained structural responses under different earthquake forces demonstrated that the MWD is one of the most capable tools for reducing the responses of multi-storied buildings, and this system can be practically used for new and existing building structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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