The negative stiffness of an active or semi-active damper system has been proven to be very effective in reducing dynamic response. Therefore, energy dissipation devices possessing negative stiffness, such as viscous inertial mass dampers (VIMDs), have drawn much attention recently. The control performance of the VIMD for cable vibration mitigation has already been demonstrated by many researchers. In this paper, a new optimal design procedure for VIMD parameters for taut cable vibration control is presented based on the fixed-points method originally developed for tuned mass damper design. A model consisting of a taut cable and a VIMD installed near a cable end is studied. The frequency response function (FRF) of the cable under a sinusoidal load distributed proportionally to the mode shape is derived. Then, the fixed-points method is applied to the FRF curves. The performance of a VIMD with the optimal parameters is subsequently evaluated through simulations. A taut cable model with a tuned VIMD is established for several cases of external excitation. The performance of VIMDs using the proposed optimal parameters is compared with that in the literature. The results show that cable vibration can be significantly reduced using the proposed optimal VIMD with a relatively small amount of damping. Multiple VIMDs are applied effectively to reduce the cable vibration with multi-modal components.
Applications which are implemented on Table Top Display are controlled by hands, so that they support an intuitive interface to users. Users feel the real sense when they interact on the virtual scene in Table Top Display. However, most of conventional augmented reality applications on Table Top Display satisfy only visual sense. In this paper, we propose an interface that supports multi-modal sense in that tactile sense is utilized for augment reality by vibrating a physical control unit when it collides to virtual objects. Users can feel the collision in addition to visual scene. The proposed system facilitates tactile augmented reality through an air hockey game. A physical control unit vibrates when it receives virtual collision data over wireless communication. Since the use of tabletop display environment is extended with a tactile sense based physical unit other than hand, it provides a more intuitive interface.
The objective of this study was to evaluate the structural safety of the basic design for the linear actuator for the flap control of aircrafts. The kinetic behavior of the linear actuator was determined using the multi-body dynamics (MBD) analysis, and the contact force was calculated to be used as input data for the structural analysis based on the finite element analysis. In the structural analysis, the thermal and static behaviors of the linear actuator satisfying the designed velocity were examined, and the structural safety of the linear actuator evaluated. Moreover, the dynamic behaviors of the key components of the linear actuator were investigated by the modal analysis. The actuation rod linearly moved with about 5 mm/s when the motor operated at 225 rpm and the maximum contact force of 32.83 N occurred between two driving gears. Meanwhile, the structural analysis revealed that the maximum thermal and static stresses were 1.57% and 78% of the yield strength of steel, respectively, and they were in a safe range of the structure. In addition, the linear actuator for the basic design is stable to the resonance by avoiding the natural frequencies of the components.
Kim, Do-Hyung;Han, Jae-Hung;Yang, Seung-Man;Kim, Dae-Hyun;Lee, In;Kim, Chun-Gon;Hong, Chang-Sun
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.459-464
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2001
Vibration control of a plate using an optical fiber sensor and a PZT actuator is considered in this study. An aluminum plate with attached Extrinsic Fabry-Perot Interferometer (EFPI) and PZT actuator is prepared for experimental investigation. Vibration level of EFPI that can represent the mechanical strain without severe distortion is validated by forced vibration experiment. A numerical model of the plate is constructed based on the experimentally obtained frequency responses, and an optimal controller is designed for the multi-modal vibration suppression. It is found that the vibration level of the first three modes can be greatly reduced. The effect of low-pass filtering used to eliminate high frequency noise on the stability and control performance is also considered.
Multiple tuned mass dampers (MTMDs) tuned to various frequencies have been shown to efficiently control the seismic response of structures where multiple modes are dominant. One example is irregular structures that are found more vulnerable than their symmetric counterparts. With the technology of MTMDs available, design and optimal design methodologies are required for application. Such a methodology, in the form of an analysis/redesign (A/R) scheme, has been previously presented by the authors while limiting responses of interest to allowable values, i.e., performance-based design (PBD). In this paper, the A/R procedure is modified based on formal optimality criteria, making it more cost efficient, as well as more computationally efficient. It is shown that by using the methodology presented herein, a desired performance level is successfully targeted by adding near-optimal amounts of mass at various locations and tuning the TMDs to dampen several of the structure's frequencies. This is done using analysis tools only.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.565-573
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2007
This paper is concerned with the dynamic modeling, active vibration controller design and experiments for a cylindrical shell equipped with MFC actuators. The dynamic model was derived by using Rayleigh-Ritz method based on Donnel-Mushtari shell theory. The actuator and sensors for the MFC actuator equations were derived based on pin-force model. The equations of motion were then reduced to modal equations of motion by considering the modes of interest. The sensor equations were also converted to a reduced form. An aluminum shell was fabricated to demonstrate the effectiveness of modeling and control techniques. The boundary conditions at both ends of the shell were assumed to be shear diaphragm. Theoretical natural frequencies were calculated and compared to experimental result. It was observed that the theoretical result is in good agreement with experimental result for the first two modes. The multi-input and multi-output positive position feedback controller, which can cope with first two modes, was then designed based on the blockinverse theory and implemented using DSP. It was found from experiment that vibrations can be successfully suppressed.
Ross, Andrew S.;El Damatty, Ashraf A.;El Ansary, Ayman M.
Wind and Structures
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v.21
no.5
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pp.537-564
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2015
Excessive motions in buildings cause occupants to become uncomfortable and nervous. This is particularly detrimental to the tenants and ultimately the owner of the building, with respect to financial considerations. Serviceability issues, such as excessive accelerations and inter-story drifts, are more prevalent today due to advancements in the structural systems, strength of materials, and design practices. These factors allow buildings to be taller, lighter, and more flexible, thereby exacerbating the impact of dynamic responses. There is a growing need for innovative and effective techniques to reduce the serviceability responses of these tall buildings. The current study considers a case study of a real building to show the effectiveness and robustness of the TLD in reducing the coupled lateral-torsional motion of this high-rise building under wind loading. Three unique multi-modal TLD systems are designed specifically to mitigate the torsional response of the building. A procedure is developed to analyze a structure-TLD system using High Frequency Force Balance (HFFB) test data from the Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory (BLWTL) at the University of Western Ontario. The effectiveness of the unique TLD systems is investigated. In addition, a parametric study is conducted to determine the robustness of the systems in reducing the serviceability responses. Three practical parameters are varied to investigate the robustness of the TLD system: the height of water inside the tanks, the amplitude modification factor, and the structural modal frequencies.
The Journal of Korean Institute for Practical Engineering Education
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v.5
no.1
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pp.40-44
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2013
This paper suggests a multimodal interface control module which allows a student to naturally interact with educational contents in virtual environment. The suggested module recognizes a user's motion when he/she interacts with virtual environment and then conveys the user's motion to the virtual environment via wireless communication. Futhermore, a haptic actuator is incorporated into the proposed module in order to create haptic information. Due to the proposed module, a user can haptically sense the virtual object as if the virtual object is exists in real world.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.5
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pp.465-472
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2009
This paper proposes a multimodal information transformation system that converts the image information to the voice information to provide the sight impaired people with walking area and obstacles, which are extracted by an acquired image from a single CCD camera. Using a chain-code line detection algorithm, the walking area is found from the vanishing point and boundary of a sidewalk on the edge image. And obstacles are detected by Gabor filter of extracting vertical lines on the walking area. The proposed system expresses the voice information of pre-defined sentences, consisting of template words which mean walking area and obstacles. The multi-modal information transformation system serves the useful voice information to the sight impaired that intend to reach their destination. The experiments of the proposed algorithm has been implemented on the indoor and outdoor environments, and verified its superiority to exactly provide walking parameters sentences.
Accurate finite element (FE) models are needed in many applications of Civil Engineering such as health monitoring, damage detection, structural control, structural evaluation and assessment. Model accuracy depends on both the model structure (the form of the equations) and the model parameters (the coefficients of the equations), and can be generally improved through that process of experimental reconciliation known as model updating. However, modelling errors, including (i) errors in the model structure and (ii) errors in parameters excluded from adjustment, may bias the solution, leading to an updated model which replicates measurements but lacks physical meaning. In this paper, an application of ambient-vibration-based model updating to a large-scale benchmark prototype of a building structure is reported in which both types of error are met. The error in the model structure, originating from unmodelled secondary structural elements unexpectedly working as resonant appendages, is faced through a reduction of the experimental modal model. The error in the model parameters, due to the inevitable constraints imposed on parameters to avoid ill-conditioning and under-determinacy, is faced through a multi-model parameterization approach consisting in the generation and solution of a multitude of models, each characterized by a different set of updating parameters. Results show that modelling errors may significantly impair updating even in the case of seemingly simple systems and that multi-model reasoning, supported by physical insight, may effectively improve the accuracy and robustness of calibration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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