In this paper the tuned mass-damper-inerter (TMDI) is considered for passive vibration control and energy harvesting in harmonically excited structures. The TMDI couples the classical tuned mass-damper (TMD) with a grounded inerter: a two-terminal linear device resisting the relative acceleration of its terminals by a constant of proportionality termed inertance. In this manner, the TMD is endowed with additional inertia, beyond the one offered by the attached mass, without any substantial increase to the overall weight. Closed-form analytical expressions for optimal TMDI parameters, stiffness and damping, given attached mass and inertance are derived by application of Den Hartog's tuning approach to suppress the response amplitude of force and base-acceleration excited single-degree-of-freedom structures. It is analytically shown that the TMDI is more effective from a same mass/weight TMD to suppress vibrations close to the natural frequency of the uncontrolled structure, while it is more robust to detuning effects. Moreover, it is shown that the mass amplification effect of the inerter achieves significant weight reduction for a target/predefined level of vibration suppression in a performance-based oriented design approach compared to the classical TMD. Lastly, the potential of using the TMDI for energy harvesting is explored by substituting the dissipative damper with an electromagnetic motor and assuming that the inertance can vary through the use of a flywheel-based inerter device. It is analytically shown that by reducing the inertance, treated as a mass/inertia-related design parameter not considered in conventional TMD-based energy harvesters, the available power for electric generation increases for fixed attached mass/weight, electromechanical damping, and stiffness properties.
Tuned mass dampers (TMDs) have been a prevalent vibration control device for suppressing excessive vibration because of environmental loadings in contemporary tall buildings since the mid-1970s. A TMD must be tuned to the natural frequency of the primary structure to be effective. In practice, a TMD may be assembled in situ, simultaneously with the building construction. In such a situation, the respective dynamic properties of the TMD device and building cannot be identified to determine the tuning status of the TMD. For this purpose, a methodology was developed to obtain the parameters of the TMD and primary building on the basis of the eigenparameters of any two complex modes of the combined building-TMD system. The theory was derived in state-space to characterize the nonclassical damping feature of the system, and combined with a system identification technique to obtain the system eigenparameters using the acceleration measurements. The proposed procedure was first demonstrated using a numerical verification and then applied to real, experimental data of a large-scale building-TMD system. The results showed that the procedure is capable of identifying the respective parameters of the TMD and primary structure and is applicable in real implementations by using only the acceleration response measurements of the TMD and its located floor.
Tuned Liquid Dampers (TLDs) provide low damping when it comes to deep water condition, and that not all water depth is mobilized in energy dissipation. This research focussed on a method to improve the efficiency of TLDs with deep water condition. Several bottom-mounted baffles were installed inside a TLD and the dynamic characteristics of modified TLDs together with their effect on the vibration control of a SDOF structure were studied experimentally. A series of free vibration and harmonic forced vibration tests were carried out. The controlling parameter in the conducted tests was the Vertical Blocking Ratio (VBR) of baffles. Results indicated that increase in VBR decreases the natural frequency of TLD and increases its damping ratio. It was found that the VBR range of 10% to 30% reduced response of the structure significantly. The modified TLD with the VBR of 30% showed the best performance when reduction in structural responses under harmonic excitations were compared.
Based on the ball-screw mechanism, a tuned viscous mass damper (TVMD) has been proposed, which has functions of amplifying physical mass of the system and frequency tuning. Considering the sensitivity of a single TVMD's effectiveness to frequency mistuning like that of the conventional tuned mass damper (TMD) and according to the concept of the conventional multiple tuned mass damper (MTMD), in the present paper, multiple tuned mass viscous dampers (MTVMD) consisting of many tuned mass dampers (TVMD) with a uniform distribution of natural frequencies are considered for attenuating undesirable vibration of a structure. The MTVMD is manufactured by keeping the stiffness and damping constant and varying the mass associated with the lead of the ball-screw type inerter element in the damper. The structure is represented by its mode-generalized system in a specific vibration mode controlled using the mode reduced-order method. Modal properties and fundamental characteristics of the MTVMD-structure system are investigated analytically with the parameters, i.e., the frequency band, the average damping ratio, the tuning frequency ratio, the total number of TVMD and the total mass ratio. It is found that there exists an optimum set of the parameters that makes the frequency response curve of the structure flattened with smaller amplitudes in a wider input frequency range. The effectiveness and robustness of the MTVMD are also discussed in comparison with those of the usual single TVMD (STVMD) and the results shows that the MTVMD is more effective and robust with the same level of total mass.
MR-TLCD (Magneto-Rheological Tuned Liquid Column Damper) is a new developed vibration control device, which combines the traditional passive control property with active controllability advantage. Based on traditional TLCD governing equation, this study further considers MR-fluid viscosity in the equation and by transforming the non-linear damping term into an equivalent linear damping, a solution can be obtained. In order to find a countable set of parameters for the design of the MR-TLCD system and also to realize its applicability to structures, a series of experimental test were designed and carried out. The testing programs include the basic material properties of the MR-fluid, the damping ratio of a MR-TLCD and the dynamic responses for a frame structure equipped with the MR-TLCD system subjected to strong ground excitations. In both the analytical and experimental results of this study, it is found that the accurately tuned MR-TLCD system could effectively reduce the dynamic response of a structural system.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.3
no.2
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pp.115-121
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2000
This paper presents reducing method of profile error on a mechanical tuning for multi-spindle control of NC machine tools. To reduce the profile error in the feed drive system, it is useful to adopt same transfer function of multi spindle machine tools. By selecting the correction vector of servo rigidity and natural vibration on JK map, multi spindle control can be tuned by mechanical parameters with small profile error.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.3
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pp.345-355
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2008
This paper presents a design of a tuned liquid mass damper(TLMD) for controlling bi-directional response of high-rise building structure subjected to windload. The proposed damper behaves as a tuned mass damper(TMD) of which mass is regarded as the mass of a tuned liquid column damper(TLCD) and the case wall of the TLCD itself in one direction and the TLCD in the other direction. Because the proposed device has coupled design parameter along two orthogonal directions, it is very important to select designing components by optimal fine tuning. In the designing TLMD, for easy maintenance, the rubber-bearing with small springs was applied in TMD direction. In this study, the Songdo New City Tower 1A in Korea, which has been designed and constructed two TLCDs in order to control bi-directional response, was chosen as the model building structure. The results of rotation test proved the effectiveness of bi-directional behavior of TLMD.
Wind and earthquake loads may cause strong vibrations in large-span cable-stayed bridges, leading to the inability of the bridge to operate normally. An improved Pounding Tuned Mass Damper (PTMD) system was designed to improve the safety of the large-span cable-stayed bridge. The vibration control effect of the improved PTMD system on the large-span cablestayed bridge under the combined action of earthquake-wind-traffic was studied. Furthermore, the impact of different parameters on the vibration suppression performance of the improved PTMD system was analyzed. The numerical results indicate that the PTMD system is very effective in suppressing the displacements of the bridge caused by both the traffic-wind coupling and traffic-earthquake coupling. Moreover, the number, mass ratio, pounding stiffness, and gap values have a significant influence on the vibration suppression performance of the improved PTMD system. When the number of PTMD is increased from 3 to 9, the vibration reduction ratio of the vertical displacement is increased from 25.39% to 48.05%. As the mass ratio changes from 0.5% to 2%, the vibration reduction ratio increases significantly from 22.23% to 53.30%.
Many researchers have studied several vibration control devices such as TMD, TLD, and VED to reduce the acceleration level for tall buildings. Advantages of TLD (tuned liquid damper) include easy installation, low cost, and less maintenance. However, the dynamic characteristics of TLD must be verified by experiment and analysis due to the difficulties in evaluating the characteristics of water sloshing. In this study, free vibration and dynamic excitation experiments of structure with TLD were conducted to verify vibration control force of the proposed TLD for high-rise building. The parameters were mass ratio of water to structure, number of damping nets, and aspect ratio. From the test results, the responses of structure with water tank were observed to be smaller than those of structure alone. Furthermore, better damping effect could be achieved with larger mass ratio, more damping nets, and larger aspect ratio. However, in the case of water tank with no damping net, little damping effect was obtained.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.6
no.2
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pp.121-126
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2006
In the recent years, the development of computer-controlled suspension dampers and actuators has improved the trade-off between the vehicle handling and ride comfort, and has led to the development of various damper control policies. The skyhook control is an effective control strategy for suppressing vehicle vibration. In this study, a fuzzy skyhook control is proposed and tuned by a genetic algorithm to improve ride comfort. The proposed fuzzy skyhook control is applied to a quarter-car model in order to compare its performance with continuous skyhook suspensions. To obtain optimized fuzzy skyhook control, scale factors and in-out membership functions are tuned by a genetic algorithm. The simulation results show that the fuzzy skyhook control offers more effective suspension performance over the continuous skyhook control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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