This work evaluates the influence of negative stiffness on the performances of various vehicle suspension systems, and proposes a re-centering negative stiffness device (NSD). The re-centering NSD consists of a passive magnetic negative stiffness spring and a positioning shaft with a re-centering function. The former produces negative stiffness control forces, and the latter prevents the amplification of static spring deflection. The numerical simulations reveal that negative stiffness can improve the ride comfort of a vehicle without affecting its road holding abilities for either passive or semi-active suspension systems. In general, the improvement degree of ride comfort increases as negative stiffness increases. For passive suspension system, negative stiffness brings in negative stiffness feature in the control forces, which is helpful for the ride comfort of a vehicle. For semi-active suspensions, negative stiffness can alleviate the impact of clipped damping in semi-active dampers, and thus the ride comfort of a vehicle can be improved.
In this study, the performances of a passive tuned mass damper (TMD) and a semi-active TMD (STMD) were evaluated in terms of seismic response control of elastic and inelastic structures under seismic loads. First, elastic displacement spectra were obtained for damped structures with a passive TMD and with a STMD proposed in this study. The displacement spectra confirmed that the STMD provided much better control performance than passive TMD and the STMD had less stroke requirement. Also, the robustness of the TMD was evaluated by off-tuning the frequency of the TMD to that of the structure. Finally, numerical analyses were conducted for an inelastic structure of hysteresis described by the Bouc-Wen model. The results indicated that the performance of the passive TMD whose design parameters were optimized for an elastic structure considerably deteriorated when the hysteretic portion of the structural responses increased, and that the STMD showed about 15-40% more response reduction than the TMD.
Park, Chul-Min;Jung, Hyung-Jo;Ko, Man-Gi;Lee, In-Won
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.453-460
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2006
Stay cables, such as used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Recently some studies have shown that active and semiactive control system using MR damper can potentially achieve both higher performance levels than passive control system and adaptability with few of the detractions. However, a control system including a power supply, controller, and sensors is required to maximize the performance of the MR damper and this complicated control system is not effective to most of large civil structures. This paper proposes a smart complex damping system which consists of toggle system and MR dampers by introducing electromagnetic induction(EMI) system as an external power source to MR damper. The performance of the proposed damping device has been compared with that of the passive-type control systems employing a MR damper, a linear viscous damper, and EMI system.
Zenz, Georg;Berger, Wolfgang;Gerstmayr, Johannes;Nader, Manfred;Krommer, Michael
Smart Structures and Systems
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v.12
no.5
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pp.547-577
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2013
To suppress vibration and noise of mechanical structures piezoelectric ceramics play an increasing role as effective, simple and light-weighted damping devices as they are suitable for sensing and actuating. Out of the various piezoelectric damping methods this paper compares mode based active control strategies to passive shunt damping for thin plates. Therefore, a new approach for the optimal placement of the piezoelectric sensors/actuators, or more general transducers, is proposed after intense theoretical investigations based on the Kirchhoff kinematical hypotheses of plates; in particular, modal and nilpotent transducers are discussed in detail. Based on the proposed distribution a discrete design for modal transducers is implemented, tested and verified on an experimental setup. For active control the modal sensors clearly identify the eigenmodes, whereas the modal actuators impose distributed eigenstrains in order to reduce the transverse plate vibrations. In contrast to the modal control, passive shunt damping works without requiring additional actuators or auxiliary power and can therefore act as an autonomous system, but it is less effective compensating the flexible vibrations. Exemplarily, an acryl glass plate disturbed by an arbitrary force initialized by a loudspeaker is investigated. Comparing the different methods their specific advantages are highlighted and a significant broadband reduction of the vibrations of up to -20dB is obtained.
It is known that a base-isolated building exhibits a large response to a long-duration, long-period wave and an inter-connected system without base-isolation shows a large response to a pulse-type wave. To compensate for each deficiency, a new hybrid passive control system is investigated in which a base-isolated building is connected to another building (free wall) with oil dampers. It is demonstrated that the present hybrid passive control system is effective both for pulse-type ground motions and long-duration and long-period ground motions and has high redundancy and robustness for a broad range of disturbances.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.3
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pp.49-56
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2010
In this study, the control performance of a smart top-story isolation system for tall buildings subjected to wind excitation was investigated. To this end, a 77-story tall building structure was employed and wind loads obtained from wind tunnel test were used for numerical simulations. The top-story of an example structure is separated from the main structure by a smart base isolation system composed of friction pendulum systems (FPS) and MR dampers. The primary purpose of the smart top-story isolation system is to mitigate the dynamic responses of the main structure, but the excessive movement of the isolated top story may cause the unstableness of the building structure. Therefore, the skyhook control algorithm was used to effectively reduce both responses of the isolated top story and the main structure. The control performance of the proposed smart top-story isolation system was investigated in comparison with that of the passive top-story isolation system. It has been shown from numerical simulation results that the smart top-story isolation system can effectively reduce wind-induced responses of the example building structure compared to the passive top-story isolation system with reduction of the top-story movement.
Protection of structures against natural hazards such as earthquakes has always been a major concern. Semi-active control combines the reliability of passive control and versatility and adaptability of active control. So it has recently become a preferred control method. This paper proposes an algorithm based on Uniform Deformation Theory to mitigate vulnerable buildings using magneto-rheological (MR) damper. Due to the successful performance of fuzzy logic in control of systems and its simplicity and intrinsically robustness, it is used here to regulate MR dampers. The particle swarm optimization (PSO) algorithm is also used as an adaptive method to develop a fuzzy control algorithm that is able to create uniform inter-story drifts. Results show that the proposed algorithm exhibited a desirable performance in reducing both linear and nonlinear seismic responses of structures. Performance of the presented method is indicated in compare with passive-on and passive-off control algorithms.
To control vertical and lateral compound vibration simultaneously using an integrated smart controller, passive tuned mass damper (TMD) and tuned liquid damper (TLD) are updated and combined to an adaptive-passive TMD-TLD (AP-TMD-TLD) system. As for the vertical AP-TMD part on top of the vertical spring, it can retune itself through varying the level of liquid in the tank to adjust its mass, while the lateral AP-TLD part at the bottom of the vertical spring can retune itself by changing the level of liquid. Further, for multimodal response control, the multiple AP-TMD-TLD (MAP-TMD-TLD) system is proposed as well. Each AP-TMD-TLD in the system can identify the structural vertical and lateral modal frequencies through the wavelet-transform (WT) based algorithm and retune its vertical and lateral natural frequencies both through adjusting the level of liquid in the AP-TMD and AP-TLD parts respectively. A cantilever cable-stayed landscape bridge which is sensitive to both human-induced and wind-induced vibrations is presented as a case study. For comparison, initial parameters of MAP-TMD-TLD are mistuned. Results show that the presented system can retune its vertical and lateral frequencies precisely, while the retuned system has a better bi-directional compound control effect than the mistuned system before the retuning operation and can improve the serviceability significantly.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.2
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pp.37-45
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2013
Reduction of microvibration is regarded as important in high-technology facilities with high precision equipments. In this paper, smart control technology is used to improve the microvibration control performance. Mr damper is used to make a smart base isolation system amd fuzzy logic control algorithm is employed to appropriately control the MR damper. In order to develop optimal fuzzy control algorithm, a multi-objective genetic algorithm is used in this study. As an excitation, a train-induced ground acceleration is used for time history analysis and three-story example building structure is employed. Microvibration control performance of passive and smart base isolation systems have been investigated in this study. Numerical simulation results show that the multi-objective genetic algorithm can provide optimal fuzzy logic controllers for smart base isolation system and the smart control system can effectively reduce microvibration of a high-technology facility subjected to train-induced excitation.
The research field of structural control has evolved from the development of passive devices since 1970s, through the intensive investigation on active systems in 1980s, to the recent studies of semi-active control systems in 1990s. Currently semi-active control is considered most promising in civil engineering applications. However, actual implementation of semi-active devices is still limited due mainly to their system maintenance and associated long-term reliability as a result of power requirement. In this paper, the concept of functionally upgraded passive devices is introduced to streamline some of the state-of-the-art researches and guide the development of new passive devices that can mimic the function of their corresponding semi-active control devices for various applications. The general characteristics of this special group of passive devices are discussed and representative examples are summarized. Their superior performances are illustrated with cyclic and shake table tests of two example devices: mass-variable tuned liquid damper and friction-pendulum bearing with a variable sliding surface curvature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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