Battista, Ronaldo C.;Pfeil, Michele S.;Carvalho, Eliane M.L.;Varela, Wendell D.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.1
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pp.99-111
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2018
Wind induced large bending oscillation amplitudes in tall and slender telecommunication steel towers may lead to precocious fatigue cracks and consequent risk of collapse of these structures, many of them installed in rural areas alongside highways and in highly populated urban areas. Varying stress amplitudes at hot spots may be attenuated by means of passive control mechanical devices installed in the tower. This paper gives an account of both mathematical-numerical model and the technique applied to design and evaluate the performance of a double controller installed in existing towers which is composed by a nonlinear pendulum and a novel type of passive controller described herein as a planar motion disk mounted on shear springs. Results of experimental measurements carried out on two slender tubular steel towers under wind action demonstrate the efficiency of the double controllers in attenuating the towers bending oscillation amplitudes and consequent stress amplitudes extending the towers fatigue life.
A family of smart tuned mass dampers (STMDs) with variable frequency and damping properties is analyzed under harmonic excitations and ground motions. Two types of STMDs are studied: one is realized by a semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device and the other is realized by a pendulum with an adjustable length. Based on the feedback signal, the angle of the SAIVS device or the length of the pendulum is adjusted by using a servomotor such that the frequency of the STMD matches the dominant excitation frequency in real-time. Closed-form solutions are derived for the two types of STMDs under harmonic excitations and ground motions. Results indicate that a small damping ratio (zero damping is the best theoretically) and an appropriate mass ratio can produce significant reduction when compared to the case with no tuned mass damper. Experiments are conducted to verify the theoretical result of the smart pendulum TMD (SPTMD). Frequency tuning of the SPTMD is implemented through tracking and analyzing the signal of the excitation using a short time Fourier transformation (STFT) based control algorithm. It is found that the theoretical model can predict the structural responses well. Both the SAIVS STMD and the SPTMD can significantly attenuate the structural responses and outperform the conventional passive TMDs.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.4
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pp.188-193
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2005
The purpose of this paper is to develop a more precise damper model of the joint for the quantification of the joint mechanical properties. We modified the linear damper model of a knee joint model to nonlinear one. The normalized RMS errors between the simulated and measured joint angle trajectories during passive pendulum test became smaller with the nonlinear damper model than those of the linear one which indicates the nonlinear damper model is better in precision and accuracy. The error between the experimental and simulated knee joint moment also reduced with the nonlinear damper model. The reduction in both the trajectory error and the moment error was significant at the latter part of the pendulum test where the joint angular velocity was small. The nonlinearity of the damper was significantly greater at thin subject group and this indicates the nonlinearity is a useful index of joint mechanical properties.
Friction Pendulum isolators are tools developed in the past few decades. The simplest form of these isolators, are FPS whose main disadvantages are having a constant frequency independent of the frequency of the structure. For this reason, researchers have invented VFPI isolator whose frequency is variable and depends on displacement. Another friction pendulum isolator is DCFP isolator which is a combination of two FPS isolators. In this article, first by changing the geometry of DCFP isolator plates from spherical to elliptical, the motion and frequency equations of DVFPI isolators are defined, and then the seismic behavior of DVFPI isolators are analyzed in various geometric and plate friction settings using motion equations, and confirmed using ABAQUS software. The most important results of this study are that the hysteresis behavior of DVFPI isolators are severely nonlinear, its curve follows two distinct curvatures, and that the restoring force is faced with softening mechanism that limits the seismic force transmitted to the structure, whereas the restoring force in DCFP isolators increases linearly with increasing displacement.
In this paper, a new type of passive energy dissipating system similar to added damping and stiffness (ADAS) and triangular added damping and stiffness (TADAS) is proposed and implemented in the analytical model of a building with hybrid structural system in the structure's base which we call it; Telescopic column. The behavior and performance of a high rise R.C. structure equipped with this system is investigated and compared with conventional base isolation systems such as rubber isolator bearings and friction pendulum bearings. For this purpose a series of ground acceleration records of the San Fernando, Long Beach and Imperial Valley earthquakes are used as the disturbing ground motions in a series of numerical simulations. The nonlinear numerical modeling which includes both material and geometric nonlinearities were carried out by using SAP2000 program. Results show suitable behavior of structures equipped with telescopic columns in controlling the upper stories drifts and accelerations.
$\textbullet$ Statically stable walk with COG(center of gravity) $\textbullet$ Dynamically stable walk with ZMP(zero moment point) $\textbullet$ Dynamically adaptational stable walk with FRI(foot ratation indicator) $\textbullet$ Simplified inverted pendulum model approach $\textbullet$ Analysis posture of biped's foot as passive joint $\textbullet$ Stability compensation method of FRI against falling down $\textbullet$ Simulation of ZMP and FRI to real biped robot IWR-III
Increasing usage of tank cars and their intrinsic instability due to sloshing of contents have caused growing maintenance costs as well as more frequent hazards and defects like derailment and fatigue of bogies and axels. Therefore, varieties of passive solutions have been represented to improve dynamical parameters. In this task, assuming 22 degrees of freedom, dynamic analysis of partially filled tank car traveling on a curved track is investigated. In order to consider stochastic geometry of track; irregularities have been derived randomly by Mont Carlo method. More over the fluid tank model with 1 degree of freedom is also presented by equivalent mechanical approach in terms of pendulum. An active suspension system for described car is designed by using linear quadratic optimal control theory to decrease destructive effects of fluid sloshing. Eventually, the performance of the active suspension system has been compared with that of the passive one and a study is carried out on how active suspension may affect the dynamical parameters such as displacements and Nadal's derailment index.
Kamalzare, Mahmoud;Johnson, Erik A.;Wojtkiewicz, Steven F.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.3
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pp.847-862
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2015
Typical base isolated buildings are designed so that the superstructure remains elastic in design-level earthquakes, though the isolation layer is often quite nonlinear using, e.g., hysteretic elements such as lead-rubber bearings and friction pendulum bearings. Similarly, other well-performing structural control systems keep the structure within the linear range except during the most extreme of excitations. Design optimization of these isolators or other structural control systems requires computationally-expensive response simulations of the (mostly or fully) linear structural system with the nonlinear structural control devices. Standard nonlinear structural analysis algorithms ignore the localized nature of these nonlinearities when computing responses. This paper proposes an approach for the computationally-efficient optimal design of passive isolators by extending a methodology previously developed by the authors for accelerating the response calculation of mostly linear systems with local features (linear or nonlinear, deterministic or random). The methodology is explained and applied to a numerical example of a base isolated building with a hysteretic isolation layer. The computational efficiency of the proposed approach is shown to be significant for this simple problem, and is expected to be even more dramatic for more complex systems.
Battista, Ronaldo C.;Varela, Wendell D.;Gonzaga, Igor Braz N.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.4
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pp.577-588
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2022
Oil refineries' Fluid Catalytic Cracking Units (FCCU) when in full operation may exhibit strong fluid dynamics caused by turbulent flow in the piping system that may induce vibrations in other mechanical and structural components of the Unity. This paper reports on the experimental-theoretical-computational program performed to get the vibration properties and the dynamic response amplitudes to find out alternative solutions to attenuate the excessive vibrations that were causing fatigue fractures in components of the bottle like reactor-regenerator of an FCC unit in operation in an existing oil refinery in Brazil. Solutions to the vibration problem were sought with the aid of a 3D finite element model calibrated with the results obtained from experimental measurements. A short description of the found solutions is given and their effectiveness are shown by means of numerical results. The solutions were guided by the concepts of structural stiffening and dynamic control performed by a nonlinear pendulum controller whose mechanical design was based on parameters determined by means of a parametric study carried out with 2D and 3D mathematical models of the coupled pendulum-structure system. The effectiveness of the proposed solutions is evaluated in terms of the fatigue life of critical welded connections.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.1
s.41
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pp.61-70
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2005
Shaking table tests are carried out on a single-degree-of-freedom mass that is equipped with a hybrid base isolation system. The isolator consists of a set of four specially-designed friction pendulum systems (FPS) and a magnetorheological (MR) damper. The structure and its hybrid isolation system are subjected to various intensities of near- and far-fault earthquakes on a large shake table. The proposed fuzzy controller uses feedback from displacement or acceleration transducers attached to the structure to modulate resistance of the semi-active damper to motion. Results from several types of passive and semi-active control strategies are summarized and compared. The study shows that a combination of FPS isolators and an adjustable MR damper can effectively provide robust control of vibration for a large full-scale structure undergoing a wide variety of seismic loads.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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