In this paper, optimum methods of wind-induced vibration control of high-rise buildings are mainly studied. Two optimum methods, genetic algorithms (GA) method and Rayleigh damping method, are firstly employed and proposed to perform optimum study on wind-induced vibration control, six target functions are presented in GA method based on spectrum analysis. Structural optimum analysis programs are developed based on Matlab software to calculate wind-induced structural responses. A high-rise steel building with 20-storey is adopted and 22 kinds of control plans are employed to perform comparison analysis to validate the feasibility and validity of the optimum methods considered. The results show that the distributions of damping coefficients along structural height for mass proportional damping (MPD) systems and stiffness proportional damping (SPD) systems are entirely opposite. Damping systems of MPD and GAMPD (genetic algorithms and mass proportional damping) have the best performance of reducing structural wind-induced vibration response and are superior to other damping systems. Standard deviations of structural responses are influenced greatly by different target functions and the influence is increasing slightly when higher modes are considered, as shown fully in section 5. Therefore, the influence of higher modes should be considered when strict requirement of wind-induced vibration comfort is needed for some special structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.413-417
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1997
Distributed piezoelectric sensor and actuator have been designed for efficient vibration control of a cantilevered beam. Both PZT and PVDF are used in this study, the former as an actuator and the latter as a sensor for our integrated structure. For the PZT actuator, the position and size have been optimized. Optimal electrode shape of the PVDF sensor has been determined. For multi-mode vibration control, we have used two PZT actuators and a PVDF sensor. Electrode shading of PVDF is more powerful for modal force adjustment than the sizing and positioning of PZT. Finite element method is used to model the structure that includes the PZT actuator and the PVDF sensor. By deciding on or off of each PZT segment, the length and the location of the PZT actuator are optimize. Considering both of the host structure and the optimized actuators, it is designed that the active electrode width of PVDF sensor along the span of the beam. Actuator design is based on the criterion of minimizing the system energy in the control modes under a given initial condition. Sensor is designed to minimize the observation spill-over. Modal control forces for the residual(uncontrolled) modes have been minimized during the sensor design. Genetic algorithm, which is suitable for this kind of discrete problems, has been utilized for optimization. Discrete LQG control law has been applied to the integrated structure for real time vibration control. Performance of the sensor, the actuator, and the integrated smart structure has been demonstrated by experiments.
In this paper, the optimal design of vibration control system for smart structures has been investigated semi-analytically via the optimization of geometric parameters like the placements and sizes of piezoelectric sensors and actuators (S/As) bonded on the structures. The criterion based on the maximization of energy dissipation was adopted for the optimization of the control system. Based on the sensing and actuating equations, the total energy stored in the system which is used as the objective function was analytically derived with design variables explicitly presented. Two cases of single and combined vibration modes were addressed for a simply supported beam and a simply supported cylindrical shell. For single vibration mode, the optimal distributions of the piezoelectric S/As could be obtained analytically. However, the Sequential Quadratic Programming (SQP) method has to be employed to solve those which violated the prescribed constraints and to solve the case of combined vibration modes. The results of three examples, which include a simply supported beam, a simply supported cylindrical shell and a simply supported plate, showed good agreement with those obtained by the Genetic Algorithm (GA) method. Moreover, in comparison with the GA method, the proposed method is more effective in obtaining better optimization results and is much more efficient in terms of computation time.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.163-177
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2021
Numerical simulations of the Vortex-Induced Vibration (VIV) about a large-scale flexible pipe subject to shear flow were carried out in this paper. Efficiency verification was performed firstly, validating that the proposed fluid-structure interaction solution strategy is competent in predicting the VIV response. Then, the VIV characteristics related to multi-mode and spanwise hybrid waveform about the flexible pipe attributed to shear flow were investigated. When inflow velocity rises, higher vibration modes are apt to be excited, and the spanwise waveform easily convertes from a standing-wave-dominated status to a hybrid standing-traveling wave status. The multi-mode or even multiple-dominant-mode is prone to occur, that is, the dominant mode is often followed by several apparent subordinate modes with considerable vibration energy. Hence, the shedding frequencies no longer obey Strouhal law, and vibration trajectories become intricate. According to the motion analysis concerning the coupled cross-flow and in-line vibrations, as well as the corresponding wake patterns, a tight coupling interaction exists between the structural deformation and the wake flow behind the flexible pipe. In addition, the evolution of the vortex tube along the pipe span and a strong 3D effect are observed due to the slenderness of the flexible pipe and the variability of the vortex shedding attributed to the shear flow.
Theoretical analysis Is carried out to identify the modal coupling effect between some particular acoustic modes of a vehicle compartment cavity and vibration modes of body panels like side doors, roof or floor. A simplified panel-cavity coupled model is investigated on the coupled resonance frequencies, modes and frequency response characteristics. Through parametric study, It Is possible to explain how the acoustic response of a coupled system will be determined by the vibration and acoustic property of the individual panel and cavity system. Full coupled system shows some interesting features different from those of the semi-coupled system In frequency, mode and acoustic response.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.317-322
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2002
There are many researches to identify the rigid body properties from the mass-line obtained by impact hammer testing. The correct rigid body properties of the structure may be estimated if the mass-line of the structure could be obtained exactly. When the structure is mounted by elastic materials, the mass-line cannot be read correctly from the impulse response spectrum. The reason is due to the effects of rigid body modes of mounted structure. In this paper, the effects of rigid body modes of mounted structure to the mass-line are discussed and the method to remove these effects is also presented.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.379-382
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2007
The proper orthogonal decomposition(POD) is used to the modal analysis of microcantilever of dynamic mode atomic force microscopy(AFM). The proper orthogonal modes(POM) are extracted from vibrating signals of microcantilever when it resonates and taps the sample. The POMs resemble the linear normal modes(LNM) of cantilever vibrating at each resonance frequency. Some of POMs in tapping microcantilever show quite different shapes from the POMs of the resonating microcantilever. Also this POMs can be applied to model for the complex nonlinear behavior of the dynamic mode AFM microcantilevers.
Modal analysis method (MAM) is introduced for the fully coupled structural dynamic problems. In this paper, the beam with active constrained layered damping (ACLD) treatment is considered as a representative problem. The ACLD beam consists of a viscoelastic layer that is sandwiched between the base beam structure and an active piezoelectric layer. The exact damped natural modes are spectrally formulated from a set of fully coupled dynamic equations of motion. The orthogonality property of the exact damped natural modes is then derived in a closed form to complete the modal analysis method. The accuracy of the present MAM is evaluated through some illustrative examples: the dynamic characteristics obtained by the present MAM are compared with the results by spectral element method (SEM) and finite element method (FEM). It is numerically proved that MAM solutions become identical to the accurate SEM solutions as the number of exact natural used in MAM is increased.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.04a
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pp.626-629
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2008
The present study investigates the effect of the flight patterns of military aircraft for takeoff and approach on noise map. Aircraft noise modeling and simulation have been made on a Korean military airport by INM(Integrated Noise Model). The flight path of a military aircraft is modeled with takeoff, overfly, approach and touch-and-go modes. The present INM simulations are conducted for various cases with change of different takeoff and approach modes. It show that the change of takeoff and approach modes can cause considerable noise effects on the noise influence region around the airport.
An analytical procedure on the base of the substructure synthesis and assumed modes method is developed to investigate the flexibility effect of bladed disk assembly on vibrational modes of flexible rotor system. In modeling the system, Coriolis forces, gyroscopic moments, and centrifugal stiffening effects are taken into account. The coupled vibrations between the shaft and bladed disk are then extensively investigated through the numerical simulation of simplified models, with varying the shaft rotational speed and the prewist and stagger angles of the blade. It is found that the Coriolis and inertia forces and the inertia torque, which are induced by the one nodal diameter modes of the bladed disk and vary depending upon the stagger and prewist angles, lead to the coupled motions of the shaft and the bladed disk.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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