Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.22
no.4
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pp.253-259
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2018
Structure behaviors resulting from an earthquake are experimentally simulated mainly through a shaking table test. As for large-scale structures, however, size effects over a miniature may make it difficult to assess actual behaviors properly. To address this problem, research on the hybrid simulation is being conducted actively. This method is to implement numerical analysis on framework members that affect the general behavior of the structure dominantly through an actual scale experiment and on the rest parts by applying the substructuring technique. However, existing studies on hybrid simulation focus mainly on Slow experimental methods, which are disadvantageous in that it is unable to assess behaviors close to the actual level if material properties change depending on the speed or the influence of inertial force is significant. The present study aims to establish a Real-time hybrid simulation system capable of excitation based on the actual time history and to verify its performance and applicability. The hybrid simulation system built up in this study utilizes the ATS Compensator system, CR integrator, etc. in order to make the target displacement the same with the measured displacement on the basis of MATLAB/Simulink. The target structure was a 2-span bridge and an RC pier to support it was produced as an experimental model in order for the shaking table test and Slow and Real-time hybrid simulations. Behaviors that result from the earthquake of El Centro were examined, and the results were analyzed comparatively. In comparison with the results of the shaking table test, the Real-time hybrid simulation produced more similar maximum displacement and vibration behaviors than the Slow hybrid simulation. Hence, it is thought that the Real-time hybrid simulation proposed in this study can be utilized usefully in seismic capacity assessment of structural systems such as RC pier that are highly non-linear and time-dependent.
Real-time hybrid testing is an attractive method to evaluate the response of structures under earthquake loads. The method is a variation of the pseudodynamic testing technique in which the experiment is executed in real time, thus allowing investigation of structural systems with time-dependent components. Real-time hybrid testing is challenging because it requires performance of all calculations, application of displacements, and acquisition of measured forces, within a very small increment of time. Furthermore, unless appropriate compensation for time delays and actuator time lag is implemented, stability problems are likely to occur during the experiment. This paper presents an approach for real-time hybrid testing in which time delay/lag compensation is implemented using model-based response prediction. The efficacy of the proposed strategy is verified by conducting substructure real-time hybrid testing of a steel frame under earthquake loads. For the initial set of experiments, a specimen with linear-elastic behavior is used. Experimental results agree well with the analytical solution and show that the proposed approach and testing system are capable of achieving a time-scale expansion factor of one (i.e., real time). Additionally, the proposed method allows accurate testing of structures with larger frequencies than when using conventional time delay compensation methods, thus extending the capabilities of the real-time hybrid testing technique. The method is then used to test a structure with a rate-dependent energy dissipation device, a magnetorheological damper. Results show good agreement with the predicted responses, demonstrating the effectiveness of the method to test rate-dependent components.
Park, Eun-Churn;Lee, Sung-Kyung;Lee, Heon-Jae;Choi, Kang-Min;Moon, Suk-Jun;Jung, Hyung-Jo;Chung, Hee-San;Min, Kyung-Won
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.648-654
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2007
This paper presents the result of a comparison study to evaluate the performance of several semi-active control algorithms for use with large-scale MR damper applied to a building structure under seismic excitation using real-time hybrid test method. Recently, a variety of semi-active control algorithm studies are developed and generally evaluated the performance by using numerical analysis. In this paper real-time hybrid test method was applied to performance evaluating of semi-active control algorithms including a clipped optimal algorithm and the modulated homogeneous friction algorithm.
Mercan, Oya;Ricles, James;Sause, Richard;Marullo, Thomas
Smart Structures and Systems
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v.4
no.5
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pp.667-684
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2008
Numerous devices exist for reducing or eliminating seismic damage to structures. These include passive dampers, semi-active dampers, and active control devices. The performance of structural systems with these devices has often been evaluated using numerical simulations. Experiments on structural systems with these devices, particularly at large-scale, are lacking. This paper describes a real-time hybrid testing facility that has been developed at the Lehigh University NEES Equipment Site. The facility enables real-time large-scale experiments to be performed on structural systems with rate-dependent devices, thereby permitting a more complete evaluation of the seismic performance of the devices and their effectiveness in seismic hazard reduction. The hardware and integrated control architecture for hybrid testing developed at the facility are presented. An application involving the use of passive elastomeric dampers in a three story moment resisting frame subjected to earthquake ground motions is presented. The experiment focused on a test structure consisting of the damper and diagonal bracing, which was coupled to a nonlinear analytical model of the remaining part of the structure (i.e., the moment resisting frame). A tracking indictor is used to track the actuator ability to achieve the command displacement during a test, enabling the quality of the test results to be assessed. An extension of the testbed to the real-time hybrid testing of smart structures with semi-active dampers is described.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.5
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pp.11-24
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2011
A real-time hybrid test of a 3 story-3 bay reinforced concrete frame which is divided into numerical and physical substructure models under uniaxial earthquake excitation was run using a fixed iteration implicit HHT time integration method. The first story inner non-ductile column was selected as the physical substructure model, and uniaxial earthquake excitation was applied to the numerical model until the specimen failed due to severe damage. A finite-element analysis program, Mercury, was newly developed and optimized for a real-time hybrid test. The drift ratio based on the top horizontal displacement of the physical substructure model was compared with the result of a numerical simulation by OpenSees and the result of a shaking table test. The experiment in this paper is one of the most complex real-time hybrid tests, and the description of the hardware, algorithm and models is presented in detail. If there is an improvement in the numerical model, the evaluation of the tangent stiffness matrix of the physical substructure model in the finite element analysis program and better software to reduce the computational time of the element state determination for the force-based beam-column element, then the comparison with the results of the real-time hybrid test and the shaking table test deserves to make a recommendation. In addition, for the goal of a "Numerical simulation of the complex structures under dynamic loading", the real time hybrid test has enough merit as an alternative to dynamic experiments of large and complex structures.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.2
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pp.443-453
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2013
The hybrid test is one of the most advanced test methods to predict the structural dynamic behavior with the interaction between a physical substructure and a numerical modeling in the hybrid control system. The purpose of this study is to perform the multi-directional dynamic test of a steel frame structure with the real-time hybrid system and to evaluate the validation of the results. In this study, FEAPH, nonlinear finite element analysis program for hybrid only, was developed and the hybrid control system was optimized. The inefficient computational time was improved with a fixed number iteration method and parallel computational techniques used in FEAPH. Furthermore, the previously used data communication method and the interface between a substructure and an analysis program were simplified in the control system. As the results, the total processing time in real-time hybrid test was shortened up to 10 times of actual measured seismic period. In order to verify the accuracy and validation of the hybrid system, the linear and nonlinear dynamic tests with a steel framed structure were carried out so that the trend of displacement responses was almost in accord with the numerical results. However, the maximum displacement responses had somewhat differences due to the analysis errors in material nonlinearities and the occurrence of permanent displacements. Therefore, if the proper material model and numerical algorithms are developed, the real-time hybrid system could be used to evaluate the structural dynamic behavior and would be an effective testing method as a substitute for a shaking table test.
Ging-Long Lin;Lyan-Ywan Lu;Kai-Ting Lei;Shih-Wei Yeh;Kuang-Yen Liu
Smart Structures and Systems
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v.31
no.6
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pp.601-619
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2023
In this study, the accuracy of a real-time hybrid test (RTHT) employed for a performance test of a tuned mass damper (TMD) on an offshore wind turbine (OWT) with a complicated jacket-type supporting structure is quantified and evaluated by comparing the RTHT results with the experimental data obtained from a shaking table test (STT), in which a 1/25-scale model for a typical 5-MW OWT controlled by a TMD was tested. In the RTHT, the jacket-type OWT structure was modelled using both multiple-DOF (MDOF) and single-DOF (SDOF) numerical models. When compared with the STT test data, the test results of the RTHT show that while the SDOF model, which requires less control computational time, is able to well predict the peak responses of the nacelle and TMD only, the MDOF model is able to effectively predict both the peak and over-all time-history responses at multiple critical locations of an OWT structure. This also indicates that, depending on the type of structural responses considered, an RTHT with either an SDOF or a MDOF model may be a promising alternative to the STT to assess the effectiveness of a TMD for seismic mitigation in an OWT context.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.655-660
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2007
This paper presents real-time hybrid test method of large-scale MR damper applied to a building structure under seismic excitation. The real-time hybrid test using an actuator for the control performance evaluation of a MR damper controlling the response of earthquake-excited building structure is experimentally implemented. In the test, the building structure is used as a numerical part, on which a large-scale MR damper adopted as an experimental part was installed to reduce its response. At first, the force that is acting between a MR damper and building structure is measured from the load cell attached on the actuator system and is fed-back to the computer to control the motion of the actuator. Then, the actuator is so driven that the error between the interface displacement computed from the numerical building structure with the excitations of earthquake and the fed-back interface force and that measured from the actuator. The control efficiency of the MR damper used in this paper is experimentally confirmed by implementing this process of experiment on real-time.
Park, Eun-Churn;Lee, Sung-Kyung;Youn, Kyung-Jo;Chung, Hee-San;Lee, Heon-Jae;Choi, Kang-Min;Moon, Suk-Jun;Jung, Hyung-Jo;Min, Kyung-Won
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.1
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pp.131-138
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2008
This paper presents real-time hybrid test method of large-scale MR damper applied to a building structure under seismic excitation. The real-time hybrid test using an actuator for the control performance evaluation of a MR damper controlling the response of earthquake-excited building structure is experimentally implemented. In the test, the building structure is used as a numerical part, on which a large-scale MR damper adopted as an experimental part was installed to reduce its response. At first, the force that is acting between a MR damper and building structure is measured from the load cell attached on the actuator system and is fed-back to the computer to control the motion of the actuator. Then, the actuator is so driven that the error between the interface displacement computed from the numerical building structure with the excitations of earthquake and the fed-back interface force and that measured from the actuator. The control efficiency of the MR damper used in this paper is experimentally confirmed by implementing this process of experiment on real-time.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.5
s.51
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pp.99-106
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2006
The Real-Time Hybrid Test system presented in this paper is based on the pseudodynamic test method, and it combines physical testing with model-based simulation. The system is designed to achieve a rate of loading that is significantly higher than that of a conventional pseudodynamic test approaching the real-time response of a structure subjected to earthquake loads. To provide robust computation environment for the analysis of many degree-of-freedom structures, the system adopts an implicit time integration scheme in the model-based simulation. This paper presents an overview of the developed system and numerical simulations that were conducted to evaluate the performance of the computation scheme adopted here. Results of these studies have demonstrated the good performance of the computation scheme for real-time multiple-degree-of-freedom tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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