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Auteur Spencer, Billie F.
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Affiner la rechercheDynamic Modeling of Large-Scale Magnetorheological Damper Systems for Civil Engineering Applications / Yang, Guangqiang in Journal of engineering mechanics, Vol. 130 N°9 (Septembre 2004)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°9 (Septembre 2004) . - 1107-1114 p.
Titre : Dynamic Modeling of Large-Scale Magnetorheological Damper Systems for Civil Engineering Applications Titre original : Modélisation Dynamique des Systèmes d'Amortisseur Magnetorheologique à Grande Echelle pour des Applications de Génie Civil Type de document : texte imprimé Auteurs : Yang, Guangqiang, Auteur ; Spencer, Billie F., Auteur ; Jung, Hyung-jo ; Carlson, J. David ; Ghanem, Roger G., Editeur scientifique Article en page(s) : 1107-1114 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Dynamic models Dynamic loads Damping Vibration control Modèles dynamiques Charges dynamiques Atténuation Commande de vibration Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : Magnetorheological (MR) dampers are one of the most promising new devices for structural vibration mitigation. Because of their mechanical simplicity, high dynamic range, low power requirements, large force capacity, and robustness, these devices have been shown to mesh well with earthquake and wind engineering application demands and constraints. Quasistatic models of MR dampers have been investigated by researchers. Although useful for damper design, these models are not sufficient to describe the MR damper behavior under dynamic loading. This paper presents a new dynamic model of the overall MR damper system which is comprised of two parts: (1) a dynamic model of the power supply and (2) a dynamic model of the MR damper. Because previous studies have demonstrated that a current-driven power supply can substantially reduce the MR damper response time, this study employs a current driver to power the MR damper. The operating principles of the current driver, and an appropriate dynamic model are provided. Subsequently, MR damper force response analysis is performed, and a phenomenological model based on the Bouc-Wen model is proposed to estimate the MR damper behavior under dynamic loading. This model accommodates the MR fluid stiction phenomenon, as well as fluid inertial and shear thinning effects. Compared with other types of models based on the Bouc-Wen model, the proposed model has been shown to be more effective, especially in describing the force rolloff in the low velocity region, force overshoots when velocity changes in sign, and two clockwise hysteresis loops at the velocity extremes.
Les amortisseurs de Magnetorheologique (M.) sont l'un des nouveaux dispositifs les plus prometteurs pour la réduction structurale de vibration. En raison de leur simplicité mécanique, gamme dynamique élevée, conditions de basse puissance, grande capacité de force, et robustesse, ces dispositifs ont été montrés à la maille bien avec le tremblement de terre et l'application de technologie de vent exige et des contraintes. Des modèles quasistatiques de M. amortisseurs ont été étudiés par des chercheurs. Bien qu'utile pour une conception plus humide, ces modèles ne sont pas suffisants pour décrire M. comportement d'amortisseur sous le chargement dynamique. Cet article présente un nouveau modèle dynamique de M. global système d'amortisseur qui est composé de deux parts : (1) un modèle dynamique de l'alimentation d'énergie et (2) un modèle dynamique de M. amortisseur. Puisque les études précédentes ont démontré qu'une alimentation d'énergie conduite courante peut sensiblement réduire M. temps de réponse d'amortisseur, cette étude utilise un conducteur courant pour actionner M. amortisseur. Les principes de fonctionnement du conducteur courant, et un modèle dynamique approprié sont fournis. Plus tard, M. analyse de réponse de force d'amortisseur est exécuté, et un modèle phénoménologique basé sur le modèle de Bouc-Wen est proposé pour estimer M. comportement d'amortisseur sous le chargement dynamique. Ce modèle adapte à M. phénomène liquide de stiction, comme les effets amincissants liquides à inertie et de cisaillement. Comparé à d'autres types de modèles basés sur le modèle de Bouc Wen, le modèle proposé s'est avéré plus efficace, particulièrement en décrivant le rolloff de force dans la région à vitesse réduite, la force dépasse quand la vitesse change dans le signe, et deux boucles dans le sens des aiguilles d'une montre d'hystérésis aux extrémités de vitesse.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : gyang2@uiuc.edu, bfs@uiuc.edu, hjung@sejong.ac.kr, jdcarlson@lord.com [article] Dynamic Modeling of Large-Scale Magnetorheological Damper Systems for Civil Engineering Applications = Modélisation Dynamique des Systèmes d'Amortisseur Magnetorheologique à Grande Echelle pour des Applications de Génie Civil [texte imprimé] / Yang, Guangqiang, Auteur ; Spencer, Billie F., Auteur ; Jung, Hyung-jo ; Carlson, J. David ; Ghanem, Roger G., Editeur scientifique . - 1107-1114 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°9 (Septembre 2004) . - 1107-1114 p.
Mots-clés : Dynamic models Dynamic loads Damping Vibration control Modèles dynamiques Charges dynamiques Atténuation Commande de vibration Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : Magnetorheological (MR) dampers are one of the most promising new devices for structural vibration mitigation. Because of their mechanical simplicity, high dynamic range, low power requirements, large force capacity, and robustness, these devices have been shown to mesh well with earthquake and wind engineering application demands and constraints. Quasistatic models of MR dampers have been investigated by researchers. Although useful for damper design, these models are not sufficient to describe the MR damper behavior under dynamic loading. This paper presents a new dynamic model of the overall MR damper system which is comprised of two parts: (1) a dynamic model of the power supply and (2) a dynamic model of the MR damper. Because previous studies have demonstrated that a current-driven power supply can substantially reduce the MR damper response time, this study employs a current driver to power the MR damper. The operating principles of the current driver, and an appropriate dynamic model are provided. Subsequently, MR damper force response analysis is performed, and a phenomenological model based on the Bouc-Wen model is proposed to estimate the MR damper behavior under dynamic loading. This model accommodates the MR fluid stiction phenomenon, as well as fluid inertial and shear thinning effects. Compared with other types of models based on the Bouc-Wen model, the proposed model has been shown to be more effective, especially in describing the force rolloff in the low velocity region, force overshoots when velocity changes in sign, and two clockwise hysteresis loops at the velocity extremes.
Les amortisseurs de Magnetorheologique (M.) sont l'un des nouveaux dispositifs les plus prometteurs pour la réduction structurale de vibration. En raison de leur simplicité mécanique, gamme dynamique élevée, conditions de basse puissance, grande capacité de force, et robustesse, ces dispositifs ont été montrés à la maille bien avec le tremblement de terre et l'application de technologie de vent exige et des contraintes. Des modèles quasistatiques de M. amortisseurs ont été étudiés par des chercheurs. Bien qu'utile pour une conception plus humide, ces modèles ne sont pas suffisants pour décrire M. comportement d'amortisseur sous le chargement dynamique. Cet article présente un nouveau modèle dynamique de M. global système d'amortisseur qui est composé de deux parts : (1) un modèle dynamique de l'alimentation d'énergie et (2) un modèle dynamique de M. amortisseur. Puisque les études précédentes ont démontré qu'une alimentation d'énergie conduite courante peut sensiblement réduire M. temps de réponse d'amortisseur, cette étude utilise un conducteur courant pour actionner M. amortisseur. Les principes de fonctionnement du conducteur courant, et un modèle dynamique approprié sont fournis. Plus tard, M. analyse de réponse de force d'amortisseur est exécuté, et un modèle phénoménologique basé sur le modèle de Bouc-Wen est proposé pour estimer M. comportement d'amortisseur sous le chargement dynamique. Ce modèle adapte à M. phénomène liquide de stiction, comme les effets amincissants liquides à inertie et de cisaillement. Comparé à d'autres types de modèles basés sur le modèle de Bouc Wen, le modèle proposé s'est avéré plus efficace, particulièrement en décrivant le rolloff de force dans la région à vitesse réduite, la force dépasse quand la vitesse change dans le signe, et deux boucles dans le sens des aiguilles d'une montre d'hystérésis aux extrémités de vitesse.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : gyang2@uiuc.edu, bfs@uiuc.edu, hjung@sejong.ac.kr, jdcarlson@lord.com
in Journal of engineering mechanics > Vol. 139 N° 2 (Février 2013) . - pp.219–228.
Titre : Model - based multiactuator control for real - time hybrid simulation Type de document : texte imprimé Auteurs : Brian M. Phillips, Auteur ; Spencer, Billie F., Auteur Année de publication : 2013 Article en page(s) : pp.219–228. Note générale : Applied mechanics Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Hybrid simulation Real-time hybrid simulation Actuator control Actuator coupling Structural dynamics Résumé : Hybrid simulation combines numerical simulation and experimental testing in a loop of action and reaction to capture the dynamic behavior of a structure. With an extended time scale, convergence of the desired displacements or forces can be assured in each actuator connected to the experimental component before advancing to the next time step. However, when the rate-dependent behavior of an experimental component is of interest, the hybrid simulation must be conducted in real time [i.e., real-time hybrid simulation (RTHS)]. In RTHS, the dynamic behavior of the loading system (i.e., actuators, controllers, and computers) is directly introduced into the RTHS loop. These dynamics consist of both time delays and frequency dependent time lags. At the same time, the phenomenon of control-structure interaction leads to a coupling of the dynamic behavior of the actuators and the structure. Traditional actuator control approaches for RTHS compensate for an apparent time delay or time lag rather than address the actuator dynamics directly. Moreover, most actuator control approaches focus on single-actuator systems. The RTHS control approach proposed herein directly addresses actuator dynamics through model-based feedforward-feedback control. Capturing the dynamic coupling between the actuators ensures accurate control for multiactuator systems. The proposed approach is illustrated through numerical simulation for a 3-story building with multiple actuators to provide control during RTHS. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29EM.1943-7889.0000493 [article] Model - based multiactuator control for real - time hybrid simulation [texte imprimé] / Brian M. Phillips, Auteur ; Spencer, Billie F., Auteur . - 2013 . - pp.219–228.
Applied mechanics
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 139 N° 2 (Février 2013) . - pp.219–228.
Mots-clés : Hybrid simulation Real-time hybrid simulation Actuator control Actuator coupling Structural dynamics Résumé : Hybrid simulation combines numerical simulation and experimental testing in a loop of action and reaction to capture the dynamic behavior of a structure. With an extended time scale, convergence of the desired displacements or forces can be assured in each actuator connected to the experimental component before advancing to the next time step. However, when the rate-dependent behavior of an experimental component is of interest, the hybrid simulation must be conducted in real time [i.e., real-time hybrid simulation (RTHS)]. In RTHS, the dynamic behavior of the loading system (i.e., actuators, controllers, and computers) is directly introduced into the RTHS loop. These dynamics consist of both time delays and frequency dependent time lags. At the same time, the phenomenon of control-structure interaction leads to a coupling of the dynamic behavior of the actuators and the structure. Traditional actuator control approaches for RTHS compensate for an apparent time delay or time lag rather than address the actuator dynamics directly. Moreover, most actuator control approaches focus on single-actuator systems. The RTHS control approach proposed herein directly addresses actuator dynamics through model-based feedforward-feedback control. Capturing the dynamic coupling between the actuators ensures accurate control for multiactuator systems. The proposed approach is illustrated through numerical simulation for a 3-story building with multiple actuators to provide control during RTHS. ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29EM.1943-7889.0000493
in Journal of engineering mechanics > Vol. 133 N°1 (Janvier 2007) . - 1-11 p.
Titre : Semiactive Damping of Stay Cables Titre original : Atténuation Semi-Finale-Active des Câbles de Séjour Type de document : texte imprimé Auteurs : Johnson, Erik A., Auteur ; Masud, Arif, Editeur scientifique ; Fujino, Yozo ; Spencer, Billie F. ; Baker, Greg A., Auteur Article en page(s) : 1-11 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Damping Structural control Vibration Cables Atténuation Commande structurale Câbles Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Transversely-attached passive viscous dampers have been implemented in many bridges to dampen such vibration. Several studies have investigated optimal passive linear viscous dampers; however, even the optimal passive device can only add a small amount of damping to the cable when attached a reasonable distance from the cable/deck anchorage. This paper investigates the potential for improved damping using semiactive devices. The equations of motion of the cable/damper system are derived using an assumed modes approach and a control-oriented model is developed. The control-oriented model is shown to be more accurate than other models and facilitates low-order control designs. The effectiveness of passive linear viscous dampers is reviewed. The response of a cable with passive, active and semiactive dampers is studied. The response with a semiactive damper is found to be dramatically reduced compared to the optimal passive linear viscous damper for typical damper configurations, thus demonstrating the potential benefits using a semiactive damper for absorbing cable vibratory energy.
Etayer les câbles, comme sont employés dans des ponts restés par câble, sont à vibration encline due à leurs basses caractéristiques d'atténuation inhérentes. Des amortisseurs visqueux passifs transversalement joints ont été mis en application dans beaucoup de ponts pour amortir une telle vibration. Plusieurs études ont étudié les amortisseurs visqueux linéaires passifs optimaux ; cependant, même le dispositif passif optimal peut seulement ajouter un peu d'atténuation au câble une fois attaché une distance raisonnable de l'ancrage de câble/plate-forme. Cet article étudie le potentiel pour les dispositifs semiactive employants de atténuation améliorés. Les équations du mouvement du système d'amortisseur de câble sont employer dérivé des modes assumés s'approchent et un modèle orienté par commande est développé. Le modèle orienté par commande s'avère plus précis que d'autres modèles et facilite des conceptions d'ordre réduit de commande. L'efficacité des amortisseurs visqueux linéaires passifs est passée en revue. La réponse d'un câble avec les amortisseurs passifs, actifs et semiactive est étudiée. La réponse avec un amortisseur semiactive s'avère pour être nettement réduite comparée à l'amortisseur visqueux linéaire passif optimal pour des configurations typiques d'amortisseur, de ce fait démontrant les avantages de potentiel en utilisant un amortisseur semiactive pour l'énergie vibratoire de câble absorbant.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : johnsonE@usc.edu, fujino@bridge.t.u-tokyo.ac.jp [article] Semiactive Damping of Stay Cables = Atténuation Semi-Finale-Active des Câbles de Séjour [texte imprimé] / Johnson, Erik A., Auteur ; Masud, Arif, Editeur scientifique ; Fujino, Yozo ; Spencer, Billie F. ; Baker, Greg A., Auteur . - 1-11 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 133 N°1 (Janvier 2007) . - 1-11 p.
Mots-clés : Damping Structural control Vibration Cables Atténuation Commande structurale Câbles Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Transversely-attached passive viscous dampers have been implemented in many bridges to dampen such vibration. Several studies have investigated optimal passive linear viscous dampers; however, even the optimal passive device can only add a small amount of damping to the cable when attached a reasonable distance from the cable/deck anchorage. This paper investigates the potential for improved damping using semiactive devices. The equations of motion of the cable/damper system are derived using an assumed modes approach and a control-oriented model is developed. The control-oriented model is shown to be more accurate than other models and facilitates low-order control designs. The effectiveness of passive linear viscous dampers is reviewed. The response of a cable with passive, active and semiactive dampers is studied. The response with a semiactive damper is found to be dramatically reduced compared to the optimal passive linear viscous damper for typical damper configurations, thus demonstrating the potential benefits using a semiactive damper for absorbing cable vibratory energy.
Etayer les câbles, comme sont employés dans des ponts restés par câble, sont à vibration encline due à leurs basses caractéristiques d'atténuation inhérentes. Des amortisseurs visqueux passifs transversalement joints ont été mis en application dans beaucoup de ponts pour amortir une telle vibration. Plusieurs études ont étudié les amortisseurs visqueux linéaires passifs optimaux ; cependant, même le dispositif passif optimal peut seulement ajouter un peu d'atténuation au câble une fois attaché une distance raisonnable de l'ancrage de câble/plate-forme. Cet article étudie le potentiel pour les dispositifs semiactive employants de atténuation améliorés. Les équations du mouvement du système d'amortisseur de câble sont employer dérivé des modes assumés s'approchent et un modèle orienté par commande est développé. Le modèle orienté par commande s'avère plus précis que d'autres modèles et facilite des conceptions d'ordre réduit de commande. L'efficacité des amortisseurs visqueux linéaires passifs est passée en revue. La réponse d'un câble avec les amortisseurs passifs, actifs et semiactive est étudiée. La réponse avec un amortisseur semiactive s'avère pour être nettement réduite comparée à l'amortisseur visqueux linéaire passif optimal pour des configurations typiques d'amortisseur, de ce fait démontrant les avantages de potentiel en utilisant un amortisseur semiactive pour l'énergie vibratoire de câble absorbant.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : johnsonE@usc.edu, fujino@bridge.t.u-tokyo.ac.jp
in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 2 (Fevrier 2010) . - pp. 189-19
Titre : Sensitivity-based external calibration of multiaxial loading system Type de document : texte imprimé Auteurs : Nakata, Narutoshi, Auteur ; Spencer, Billie F., Auteur ; Amr S. Elnashai, Auteur Article en page(s) : pp. 189-19 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Sensitivity analysis Calibration Transformation. Résumé : Due to the nonlinear nature of coordinate transformations, evaluation and calibration of multiaxial loading systems in global Cartesian coordinates are challenging problems. This study proposes a systematic calibration method for multiaxial loading systems in global coordinates using an external measurement system. Global coordinate measurement for a multiaxial loading system is usually obtained from a geometric transformation based on internal actuator measurements. However, any misrepresentation of initial actuator configuration (e.g., origin, pin locations, etc.) introduces errors and cross-talk in the global Cartesian coordinates. Such errors and cross-talk cannot be observed or eliminated based on internal measurements. The method proposed in this paper is based on the sensitivity of the global coordinates with respect to the initial actuator length. To validate the proposed method, calibration is performed using the state-of-the-art Load and Boundary Condition Box at University of Illinois at Urbana-Champaign as the multiaxial loading system and the Krypton Dynamic Measurement Machine as the external measurement system. Experimental results demonstrate that the proposed sensitivity-based external calibration method is effective for improving control accuracy and reducing cross-talk of multiaxial loading systems in global Cartesian coordinates. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...] [article] Sensitivity-based external calibration of multiaxial loading system [texte imprimé] / Nakata, Narutoshi, Auteur ; Spencer, Billie F., Auteur ; Amr S. Elnashai, Auteur . - pp. 189-19.
Mécanique appliquée
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 2 (Fevrier 2010) . - pp. 189-19
Mots-clés : Sensitivity analysis Calibration Transformation. Résumé : Due to the nonlinear nature of coordinate transformations, evaluation and calibration of multiaxial loading systems in global Cartesian coordinates are challenging problems. This study proposes a systematic calibration method for multiaxial loading systems in global coordinates using an external measurement system. Global coordinate measurement for a multiaxial loading system is usually obtained from a geometric transformation based on internal actuator measurements. However, any misrepresentation of initial actuator configuration (e.g., origin, pin locations, etc.) introduces errors and cross-talk in the global Cartesian coordinates. Such errors and cross-talk cannot be observed or eliminated based on internal measurements. The method proposed in this paper is based on the sensitivity of the global coordinates with respect to the initial actuator length. To validate the proposed method, calibration is performed using the state-of-the-art Load and Boundary Condition Box at University of Illinois at Urbana-Champaign as the multiaxial loading system and the Krypton Dynamic Measurement Machine as the external measurement system. Experimental results demonstrate that the proposed sensitivity-based external calibration method is effective for improving control accuracy and reducing cross-talk of multiaxial loading systems in global Cartesian coordinates. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...]
