Semi-active control equipments are used to effectually enhance the seismic behavior of structures. Magneto-rheological (MR) dampers are semi-active devices that can be utilized to control the response of structures during seismic loads and have received voracious attention for response suppression. They supply the adaptability of active devices and stability and reliability of passive devices. This paper presents an optimal fuzzy logic control scheme for vibration mitigation of buildings using magneto-rheological dampers subjected to near-fault ground motions. Near-fault features including a directivity pulse in the fault-normal direction and a fling step in the fault-parallel direction are considered in the requisite ground motion records. The membership functions and fuzzy rules of fuzzy controller were optimized by genetic algorithm (GA). Numerical study is performed to analyze the influences of near-fault ground motions on a building that is equipped with MR dampers. Considering the uncontrolled system response as the base line, the proposed method is scrutinized by analogy with that of a conventional maximum dissipation energy (MED) controller to accentuate the effectiveness of the fuzzy logic algorithm. Results reveal that the fuzzy logic controllers can efficiently improve the structural responses and MR dampers are quite promising for reducing seismic responses during near-fault earthquakes.
Oh, Hae Cheol;Lee, Kihak;Chun, Young Soo;Kim, Tae Wan
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.18
no.4
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pp.181-191
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2014
This research presents the nonlinear analysis model for reinforced concrete shear wall systems with special boundary elements as proposed by the Korean Building Code (KBC, 2009). In order to verify the analysis model, analytical results were compared with the experimental results obtained from previous studies. Established analytical model was used to perform nonlinear static and dynamic analyses. Analytical results showed that the semi-special shear wall improved significantly the performance in terms of ductility and energy dissipation as expected based on previous test results. Furthermore, nonlinear incremental dynamic analysis was performed using 20 ground motions. Based on computer analytical results, the ordinary shear wall, special shear wall and newly proposed semi-special shear wall systems were evaluated based on the methods in FEMA P965. The results based on the probabilistic approaches accounting for inherent uncertainties showed that the semi-special shear wall systems provide a high capacity/demand (ACMR) ratio owing to their details, which provide enough capacity to sustain large inelastic deformations.
The use of natural light has the potential for improving both the energy efficiency and indoor environmental quality in buildings. A light-pipe system can introduce daylight to spaces that would otherwise not be able to benefit from the advantages of daylight penetration. For the light-pipe system to be widely used in Korea, it is important to quantify its daylighting performance with due consideration regarding the effects imposed by the local climate conditions. This paper presents the evaluation results of existing semi-empirical models to predict daylighting performance of a light-pipe system. The evaluation of the existing models was based on the monitoring data obtained from a underground parking lot in which the light-pipe system was installed. Comparisons were made between the predicted and the monitored data obtained from the study. The results indicated that semi-empirical models which was developed using the experimental data obtained under the Korean climatic conditions had a good prediction performance. We also quantified the effects caused by sky conditions, solar altitudes, room dimensions, and the aspect ratio of a light-pipe system on both the daylighting performance of the light-pipe system and the indoor illuminance distributions of the space using the semi-empirical model. Finally, this paper provides the design guideline of the light-pipe system for its application to an underground parking lot space.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.1
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pp.11-17
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2015
Recently, the in-wheel motor vehicle is rapidly developed to solve energy exhaustion and environmental problems. Especially, it has the advantage of independently driving the torque control of each wheel in the vehicle. However, due to the weight increase of wheel, the comfort of vehicle riding and performance of road holding become worse. In this paper, to compensate the poor performance, a simultaneous control of the driving torque and semi-active suspension system is investigated. A vehicle model is generated using CarSim Software and validated by field tests. Co-simulation of CarSim and MATLAB/Simulink with control logics is carried out, and it is found that simultaneous control of the driving torque and semi-active suspension system can improve driving stability and durability of the in-wheel motor system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.2
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pp.55-62
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2004
In general, control performance of the active control system is superior to that of the passive control devices. However, the active system require a large amount of external energy to operate the actuators. Semi-active control systems maintain the reliability of the passive control systems while taking advantage of the adjustability of the active control system. In this research, a semi-active orificed fluid damper having the capacity of about 2 tons was designed and fabricated. It is a two-stage damper with normally open solenoid valve. A series of tests was performed to grasp its performance characteristics. It was also applied to a 6-story steel structure subjected to random and seismic excitations for the confirmation of its validity on structural vibration absorption.
In this paper, a new semi-analytical solution for estimating the pull-in parameters of electrically actuated functionally graded (FG) nanobeams is proposed. All the bulk and surface material properties of the FG nanoactuator vary continuously in thickness direction according to power law distribution. Here, the modified couple stress theory (MCST) and Gurtin-Murdoch surface elasticity theory (SET) are jointly employed to capture the size effects of the nanoscale beam in the context of Euler-Bernoulli beam theory. According to the MCST and SET and accounting for the mid-plane stretching, axial residual stress, electrostatic actuation, fringing field, and dispersion (Casimir or/and van der Waals) forces, the nonlinear nonclassical equation of motion and boundary conditions are obtained derived using Hamilton principle. The proposed semi-analytical solution is derived by employing Galerkin method in conjunction with the Particle Swarm Optimization (PSO) method. The proposed solution approach is validated with the available literature. The freestanding behavior of nanoactuators is also investigated. A parametric study is conducted to illustrate the effects of different material and geometrical parameters on the pull-in response of cantilever and doubly-clamped FG nanoactuators. This model and proposed solution are helpful especially in mechanical design of micro/nanoactuators made of FGMs.
The semi-active impact damper (SAID) is proposed to improve the damping efficiency of traditional passive impact dampers. In order to investigate its damping mechanism and vibration control effects on realistic engineering structures, a 20-story nonlinear benchmark building is used as the main structure. The studies on system parameters, including the mass ratio, damping ratio, rigid coefficient, and the intensity of excitation are carried out, and their effects both on linear and nonlinear indexes are evaluated. The damping mechanism is herein further investigated and some suggestions for the design in high-rise buildings are also proposed. To validate the superiority of SAID, an optimal passive particle impact damper ($PID_{opt}$) is also investigated as a control group, in which the parameters of the SAID remain the same, and the optimal parameters of the $PID_{opt}$ are designed by differential evolution algorithm based on a reduced-order model. The numerical simulation shows that the SAID has better control effects than that of the optimized passive particle impact damper, not only for linear indexes (e.g., root mean square response), but also for nonlinear indexes (e.g., component energy consumption and hinge joint curvature).
Zheng Lu;Mengyao Zhou;Jiawei Zhang;Zhikuang Huang;Sami F. Masri
Smart Structures and Systems
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v.31
no.5
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pp.455-467
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2023
Impact damper is a passive damping system that controls undesirable vibration with mass block impacting with stops fixed to the excited structure, introducing momentum exchange and energy dissipation. However, harmful momentum exchange may occur in the random excitation increasing structural response. Based on the mechanism of impact damping system, a semi-active impact damper (SAID) with controllable impact timing as well as a semi-active control strategy is proposed to enhance the seismic performance of engineering structures in this paper. Comparative experimental studies were conducted to investigate the damping performances of the passive impact damper and SAID. The extreme working conditions for SAID were also discussed and approaches to enhance the damping effect under high-intensity excitations were proposed. A numerical simulation model of SAID attached to a frame structure was established to further explore the damping mechanism. The experimental and numerical results show that the SAID has better control effect than the traditional passive impact damper and can effectively broaden the damping frequency band. The parametric studies illustrate the mass ratio and impact damping ratio of SAID can significantly influence the vibration control effect by affecting the impact force.
Kim, Kyong-Hwan;Lee, Kangsu;Sohn, Jung Min;Park, Sewan;Choi, Jong-Su;Hong, Keyyong
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.18
no.3
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pp.223-232
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2015
The present paper considers the conceptual design of floating wave-offshore wind hybrid power generation system. The worldwide demand for ocean renewable energy is increasing rapidly. Wave and offshore wind energy have been attractive among the various ocean renewable energy sources, and the site to generate electricity from wave and offshore wind accords well together. This means that a hybrid power generation system, which uses wave and offshore wind energy simultaneously has many advantages and several systems have been already developed in Western Europe. A R&D project for a 10 MW class floating wave-offshore wind hybrid power generation system has been also launched in Korea. A semi-submersible platform, which has four vertical columns at each corner of the platform to be connected with horizontal pontoons, was designed for this system considering arrangements of multiple wind turbines and wave energy converters. A mooring system and power cable were also designed based on the metocean data of installation site. In the present paper, those results are presented, and the difficulties and design method in the design of hybrid power generation system are presented.
Semi-diurnal internal tides and near-inertial waves are investigated using moored current meter measurements at four sites along the shelf break of the East China Sea during August 1987 and May-June 1988. Each mooring is equipped with four current meters spanning from near surface to near bottom. Spectral analyses of all current data reveal dominant spectra at the semi-diurnal frequency band, where the upper and lower current measurements show out-of-phase relationship between them with significant coherences. These are consistent with typical characteristics of the first-mode semi-diurnal internal tide. Strong intensification of the near-bottom baroclinic currents is observed only at one site, where the ratio of the bottom slope to the slope of the internal-wave characteristics at the semi-diurnal frequency is close to unity. An energetic near-inertial wave event is observed during the first half of May-June 1988 observation at two mooring sites. Rotary spectra reveal that the most dominant signal is clockwise rotating motion at the near-inertial frequency band. Upward phase and downward energy propagations, shown in time-depth contour plots of near-inertial bandpass filtered currents, are confirmed by cross correlations between the upper- and lower-layer current measurements. The upward-propagating phase speed is estimated to be about 0.13 cm $s^{-1}$ at both sites. Significant coherences and in-phase relationships of near-inertial currents at the same or similar depths between the two sites are observed in spite of their long distance of about 110 km.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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