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Compensation of actuator delay and dynamics for real-time hybrid structural simulation / Ahmadizadeh, M. in Earthquake engineering structural dynamics, Vol. 37 N°1 (Janvier 2008)

Public ISBD [article]  in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 37 N°1 (Janvier 2008) . - 21-42 p. Titre : Compensation of actuator delay and dynamics for real-time hybrid structural simulation Type de document : texte imprimé Auteurs : Ahmadizadeh, M., Editeur scientifique ; Reinhorn, Andrei M., Editeur scientifique ; Mosqueda, G., Editeur scientifique Article en page(s) : 21-42 p. Note générale : Génie civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Hybrid  simulation  Pseudodynamic  experiment  Delay  compensation  Actuator  dynamics  Simulation  hybride  Expérience  de  pseudo-dynamique  Compensation  Dynamique  de  déclencheur Index. décimale : 551.22 Résumé : Compensation of delay and dynamic response of servo-hydraulic actuators is critical for stability and accuracy of hybrid experimental and numerical simulations of seismic response of structures. In this study, current procedures for compensation of actuator delay are examined and improved procedures are proposed to minimize experimental errors. The new procedures require little or no a priori information about the behavior of the test specimen or the input excitation. First, a simple approach is introduced for rapid online estimation of system delay and actuator command gain, thus capturing the variability of system response through a simulation. Second, an extrapolation procedure for delay compensation, based on the same kinematics equations used in numerical integration procedures is examined. Simulations using the proposed procedures indicate a reduction in high-frequency noise in force measurements that can minimize the excitation of high-frequency modes. To further verify the effectiveness of the compensation procedures, the artificial energy added to a hybrid simulation as a result of actuator tracking errors is measured and used for demonstrating the improved accuracy in the simulations. La compensation de retardent et la réponse dynamique des déclencheurs servo-hydrauliques est critique pour la stabilité et l'exactitude des simulations expérimentales et numériques hybrides de la réponse séismique des structures. Dans cette étude, les processus actuels pour la compensation du déclencheur sont examinés et des procédures améliorées sont proposées pour réduire au minimum des erreurs expérimentales. Les nouvelles procédures exigent peu ou pas d'informations à priori sur le comportement du spécimen d'essai ou de l'excitation d'entrée. D'abord, une approche simple est présentée pour l'évaluation en ligne rapide du système et du gain de commande de déclencheur, de ce fait capturant la variabilité de la réaction de système par une simulation. En second lieu, un procédé d'extrapolation pour retardent la compensation, basée sur les mêmes équations de cinématique utilisées dans des procédures numériques d'intégration est examiné. Les simulations employant les procédures proposées indiquent une réduction de bruit à haute fréquence dans les mesures de vigueur qui peuvent réduire au minimum l'excitation des modes à haute fréquence. Pour vérifier plus loin l'efficacité des procédures de compensation, l'énergie artificielle supplémentaire à une simulation hybride en raison des erreurs de cheminement de déclencheur est mesurée et employée pour démontrer l'exactitude améliorée dans les simulations. ISSN : 0098-8847 RAMEAU : Simulation par calculateur hybride [article] Compensation of actuator delay and dynamics for real-time hybrid structural simulation [texte imprimé] / Ahmadizadeh, M., Editeur scientifique ; Reinhorn, Andrei M., Editeur scientifique ; Mosqueda, G., Editeur scientifique . - 21-42 p. Génie civil Langues : Anglais (eng) in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 37 N°1 (Janvier 2008) . - 21-42 p. Mots-clés : Hybrid  simulation  Pseudodynamic  experiment  Delay  compensation  Actuator  dynamics  Simulation  hybride  Expérience  de  pseudo-dynamique  Compensation  Dynamique  de  déclencheur Index. décimale : 551.22 Résumé : Compensation of delay and dynamic response of servo-hydraulic actuators is critical for stability and accuracy of hybrid experimental and numerical simulations of seismic response of structures. In this study, current procedures for compensation of actuator delay are examined and improved procedures are proposed to minimize experimental errors. The new procedures require little or no a priori information about the behavior of the test specimen or the input excitation. First, a simple approach is introduced for rapid online estimation of system delay and actuator command gain, thus capturing the variability of system response through a simulation. Second, an extrapolation procedure for delay compensation, based on the same kinematics equations used in numerical integration procedures is examined. Simulations using the proposed procedures indicate a reduction in high-frequency noise in force measurements that can minimize the excitation of high-frequency modes. To further verify the effectiveness of the compensation procedures, the artificial energy added to a hybrid simulation as a result of actuator tracking errors is measured and used for demonstrating the improved accuracy in the simulations. La compensation de retardent et la réponse dynamique des déclencheurs servo-hydrauliques est critique pour la stabilité et l'exactitude des simulations expérimentales et numériques hybrides de la réponse séismique des structures. Dans cette étude, les processus actuels pour la compensation du déclencheur sont examinés et des procédures améliorées sont proposées pour réduire au minimum des erreurs expérimentales. Les nouvelles procédures exigent peu ou pas d'informations à priori sur le comportement du spécimen d'essai ou de l'excitation d'entrée. D'abord, une approche simple est présentée pour l'évaluation en ligne rapide du système et du gain de commande de déclencheur, de ce fait capturant la variabilité de la réaction de système par une simulation. En second lieu, un procédé d'extrapolation pour retardent la compensation, basée sur les mêmes équations de cinématique utilisées dans des procédures numériques d'intégration est examiné. Les simulations employant les procédures proposées indiquent une réduction de bruit à haute fréquence dans les mesures de vigueur qui peuvent réduire au minimum l'excitation des modes à haute fréquence. Pour vérifier plus loin l'efficacité des procédures de compensation, l'énergie artificielle supplémentaire à une simulation hybride en raison des erreurs de cheminement de déclencheur est mesurée et employée pour démontrer l'exactitude améliorée dans les simulations. ISSN : 0098-8847 RAMEAU : Simulation par calculateur hybride

Design of passive systems for control of inelastic structures / Gian Paolo Cimellaro in Earthquake engineering structural dynamics, Vol. 38 N° 6 (Mai 2009) 

Public ISBD [article]  in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 38 N° 6 (Mai 2009) . - pp. 783-804 Titre : Design of passive systems for control of inelastic structures Type de document : texte imprimé Auteurs : Gian Paolo Cimellaro, Auteur ; Oren Lavan, Auteur ; Reinhorn, Andrei M., Auteur Article en page(s) : pp. 783-804 Note générale : Génie Civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : passive  control;  design;  inelastic  structures Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : A design strategy for control of buildings experiencing inelastic deformations during seismic response is formulated. The strategy is using weakened, and/or softened, elements in a structural system while adding passive energy dissipation devices (e.g. viscous fluid devices, etc.) in order to control simultaneously accelerations and deformations response during seismic events. A design methodology is developed to determine the locations and the magnitude of weakening and/or softening of structural elements and the added damping while insuring structural stability. A two-stage design procedure is suggested: (i) first using a nonlinear active control algorithm, to determine the new structural parameters while insuring stability, then (ii) determine the properties of equivalent structural parameters of passive system, which can be implemented by removing or weakening some structural elements, or connections, and by addition of energy dissipation systems. Passive dampers and weakened elements are designed using an optimization algorithm to obtain a response as close as possible to an actively controlled system. A case study of a five-story building subjected to El Centro ground motion, as well as to an ensemble of simulated ground motions, is presented to illustrate the procedure. The results show that following the design strategy, a control of both peak inter-story drifts and total accelerations can be obtained. ISSN : 0098-8847 En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/journal/121502892/abstract [article] Design of passive systems for control of inelastic structures [texte imprimé] / Gian Paolo Cimellaro, Auteur ; Oren Lavan, Auteur ; Reinhorn, Andrei M., Auteur . - pp. 783-804. Génie Civil Langues : Anglais (eng) in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 38 N° 6 (Mai 2009) . - pp. 783-804 Mots-clés : passive  control;  design;  inelastic  structures Index. décimale : 624.1 Infrastructures.Ouvrages en terre. Fondations. Tunnels Résumé : A design strategy for control of buildings experiencing inelastic deformations during seismic response is formulated. The strategy is using weakened, and/or softened, elements in a structural system while adding passive energy dissipation devices (e.g. viscous fluid devices, etc.) in order to control simultaneously accelerations and deformations response during seismic events. A design methodology is developed to determine the locations and the magnitude of weakening and/or softening of structural elements and the added damping while insuring structural stability. A two-stage design procedure is suggested: (i) first using a nonlinear active control algorithm, to determine the new structural parameters while insuring stability, then (ii) determine the properties of equivalent structural parameters of passive system, which can be implemented by removing or weakening some structural elements, or connections, and by addition of energy dissipation systems. Passive dampers and weakened elements are designed using an optimization algorithm to obtain a response as close as possible to an actively controlled system. A case study of a five-story building subjected to El Centro ground motion, as well as to an ensemble of simulated ground motions, is presented to illustrate the procedure. The results show that following the design strategy, a control of both peak inter-story drifts and total accelerations can be obtained. ISSN : 0098-8847 En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/journal/121502892/abstract

Lagragian Approach to Structural Collapse Simulation / Sivaselvan, Mettupalayam V. in Journal of engineering mechanics, V ol. 132 N°8 (Août 2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > V ol. 132 N°8 (Août 2006) . - 795-805 p. Titre : Lagragian Approach to Structural Collapse Simulation Titre original : Approche de Lagragian à la Simulation Structurale d'Effondrement Type de document : texte imprimé Auteurs : Sivaselvan, Mettupalayam V., Auteur ; Reinhorn, Andrei M., Auteur ; Nicos Makris, Editeur scientifique Article en page(s) : 795-805 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Lagrange's  equations  Collapse  Structural  safety  Simulation  Les  équations  de  Lagrange  Effondrement  Sûreté  structurale Index. décimale : 621.34 Résumé : Computer analysis of structures has traditionally been carried out using the displacement method combined with an incremental iterative scheme for nonlinear problems. In this paper, a Lagrangian approach is developed, which is a mixed method, where besides displacements, the stress resultants and other variables of state are primary unknowns. The method can potentially be used for the analysis of collapse of structures subjected to severe vibrations resulting from shocks or dynamic loads. The evolution of the structural state in time is provided a weak formulation using Hamilton's principle. It is shown that a certain class of structures, known as reciprocal structures, has a mixed Lagrangian formulation in terms of displacements and internal forces. The form of the Lagrangian is invariant under finite displacements and can be used in geometric nonlinear analysis. For numerical solution, a discrete variational integrator is derived starting from the weak formulation. This integrator inherits the energy and momentum conservation characteristics for conservative systems and the contractivity of dissipative systems. The integration of each step is a constrained minimization problem and it is solved using an augmented Lagrangian algorithm. In contrast to the traditional displacement-based method, the Lagrangian method provides a generalized formulation which clearly separates the modeling of components from the numerical solution. Phenomenological models of components, essential to simulate collapse, can be incorporated without having to implement model-specific incremental state determination algorithms. The state variables are determined at the global level by the optimization method. L'analyse par ordinateur des structures a été traditionnellement effectuée en utilisant la méthode de déplacement combinée avec un arrangement itératif par accroissement pour des problèmes non-linéaires. En cet article, une approche lagrangienne est développée, qui est une méthode mélangée, où sans compter que des déplacements, les résultantes d'effort et d'autres variables d'état sont des inconnus primaires. La méthode peut potentiellement être employée pour l'analyse de l'effondrement des structures soumises aux vibrations graves résultant des chocs ou des charges dynamiques. L'évolution de l'état structural à temps est fournie une formulation faible en utilisant le principe de Hamilton. On lui montre qu'une certaine classe des structures, connue sous le nom de structures réciproques, a une formulation lagrangienne mélangée en termes de déplacements et forces internes. La forme du lagrangien est invariable sous des déplacements finis et peut être employée dans l'analyse non-linéaire géométrique. Pour la solution numérique, un intégrateur variationnel discret est dérivé à partir de la formulation faible. Cet intégrateur hérite des caractéristiques de conservation d'énergie et d'élan pour les systèmes conservateurs et du contractivity des systèmes dispersifs. L'intégration de chaque étape est un problème contraint de minimisation et elle est résolue en utilisant un algorithme lagrangien augmenté. Dans le contraste à la méthode déplacement-basée traditionnelle, la méthode lagrangienne fournit une formulation généralisée qui sépare clairement modeler des composants de la solution numérique. Des modèles phénoménologiques des composants, essentiels pour simuler l'effondrement, peuvent être incorporés sans devoir mettre en application des algorithmes par accroissement modèle-spécifiques de détermination d'état. Les variables d'état sont déterminées au niveau global par la méthode d'optimisation. En ligne : reinhorn@buffalo.edu [article] Lagragian Approach to Structural Collapse Simulation = Approche de Lagragian à la Simulation Structurale d'Effondrement [texte imprimé] / Sivaselvan, Mettupalayam V., Auteur ; Reinhorn, Andrei M., Auteur ; Nicos Makris, Editeur scientifique . - 795-805 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > V ol. 132 N°8 (Août 2006) . - 795-805 p. Mots-clés : Lagrange's  equations  Collapse  Structural  safety  Simulation  Les  équations  de  Lagrange  Effondrement  Sûreté  structurale Index. décimale : 621.34 Résumé : Computer analysis of structures has traditionally been carried out using the displacement method combined with an incremental iterative scheme for nonlinear problems. In this paper, a Lagrangian approach is developed, which is a mixed method, where besides displacements, the stress resultants and other variables of state are primary unknowns. The method can potentially be used for the analysis of collapse of structures subjected to severe vibrations resulting from shocks or dynamic loads. The evolution of the structural state in time is provided a weak formulation using Hamilton's principle. It is shown that a certain class of structures, known as reciprocal structures, has a mixed Lagrangian formulation in terms of displacements and internal forces. The form of the Lagrangian is invariant under finite displacements and can be used in geometric nonlinear analysis. For numerical solution, a discrete variational integrator is derived starting from the weak formulation. This integrator inherits the energy and momentum conservation characteristics for conservative systems and the contractivity of dissipative systems. The integration of each step is a constrained minimization problem and it is solved using an augmented Lagrangian algorithm. In contrast to the traditional displacement-based method, the Lagrangian method provides a generalized formulation which clearly separates the modeling of components from the numerical solution. Phenomenological models of components, essential to simulate collapse, can be incorporated without having to implement model-specific incremental state determination algorithms. The state variables are determined at the global level by the optimization method. L'analyse par ordinateur des structures a été traditionnellement effectuée en utilisant la méthode de déplacement combinée avec un arrangement itératif par accroissement pour des problèmes non-linéaires. En cet article, une approche lagrangienne est développée, qui est une méthode mélangée, où sans compter que des déplacements, les résultantes d'effort et d'autres variables d'état sont des inconnus primaires. La méthode peut potentiellement être employée pour l'analyse de l'effondrement des structures soumises aux vibrations graves résultant des chocs ou des charges dynamiques. L'évolution de l'état structural à temps est fournie une formulation faible en utilisant le principe de Hamilton. On lui montre qu'une certaine classe des structures, connue sous le nom de structures réciproques, a une formulation lagrangienne mélangée en termes de déplacements et forces internes. La forme du lagrangien est invariable sous des déplacements finis et peut être employée dans l'analyse non-linéaire géométrique. Pour la solution numérique, un intégrateur variationnel discret est dérivé à partir de la formulation faible. Cet intégrateur hérite des caractéristiques de conservation d'énergie et d'élan pour les systèmes conservateurs et du contractivity des systèmes dispersifs. L'intégration de chaque étape est un problème contraint de minimisation et elle est résolue en utilisant un algorithme lagrangien augmenté. Dans le contraste à la méthode déplacement-basée traditionnelle, la méthode lagrangienne fournit une formulation généralisée qui sépare clairement modeler des composants de la solution numérique. Des modèles phénoménologiques des composants, essentiels pour simuler l'effondrement, peuvent être incorporés sans devoir mettre en application des algorithmes par accroissement modèle-spécifiques de détermination d'état. Les variables d'état sont déterminées au niveau global par la méthode d'optimisation. En ligne : reinhorn@buffalo.edu

Nonlinear static analysis of structures with rocking columns / Hwasung Roh in Journal of structural engineering, Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) 

Public ISBD [article]  in Journal of structural engineering > Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) . - pp. 532-542 Titre : Nonlinear static analysis of structures with rocking columns Type de document : texte imprimé Auteurs : Hwasung Roh, Auteur ; Reinhorn, Andrei M., Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : pp. 532-542 Note générale : Génie Civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Rocking  columns  Weakening  structures  Flexibility  approach  Nonlinear  static  analysis Index. décimale : 624 Constructions du génie civil et du bâtiment. Infrastructures. Ouvrages en terres. Fondations. Tunnels. Ponts et charpentes Résumé : In simple inelastic structures subjected to severe base motions, the maximum acceleration response is bound by the yield strength and is inversely proportional to its mass. It can be demonstrated that a similar effect is approximately produced in structures with multidegrees of freedom. In strong structures, the maximum acceleration response is dependent on the intensity of the earthquake. However, if the strength of the structure is reduced, the maximum acceleration response and associated forces in its structural and nonstructural components can be substantially reduced. If some of the structural columns (carrying gravity loads) are allowed to rock, providing very small resistance to lateral loads, it is possible to reduce the strength of the global structural system and limit the global accelerations in seismic events. However, before overturning such columns may have substantial resistance which may void the effectiveness of weakening. The objective of this study is to (1) develop a simplified analytical model for rocking columns from fixity to overturning; (2) build the computational tools to simulate the behavior of structures including such rocking columns; and (3) examine the global nonlinear static response of a weakened structure. An analytical model is developed using an equivalent flexibility approach, which considers rigid body rotations and flexural deformations. Physical experiments of rocking columns were performed, and the results are used for the calibration and validation of analytical models. An analytical model of a 1:3 scaled structure is developed using IDARC2D modified in this study to evaluate several alternatives of weakening using rocking columns. DEWEY : 624.17 ISSN : 0733-9445 En ligne : http://ascelibrary.org/sto/resource/1/jsendh/v136/i5/p532_s1?isAuthorized=no [article] Nonlinear static analysis of structures with rocking columns [texte imprimé] / Hwasung Roh, Auteur ; Reinhorn, Andrei M., Auteur . - 2011 . - pp. 532-542. Génie Civil Langues : Anglais (eng) in Journal of structural engineering > Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) . - pp. 532-542 Mots-clés : Rocking  columns  Weakening  structures  Flexibility  approach  Nonlinear  static  analysis Index. décimale : 624 Constructions du génie civil et du bâtiment. Infrastructures. Ouvrages en terres. Fondations. Tunnels. Ponts et charpentes Résumé : In simple inelastic structures subjected to severe base motions, the maximum acceleration response is bound by the yield strength and is inversely proportional to its mass. It can be demonstrated that a similar effect is approximately produced in structures with multidegrees of freedom. In strong structures, the maximum acceleration response is dependent on the intensity of the earthquake. However, if the strength of the structure is reduced, the maximum acceleration response and associated forces in its structural and nonstructural components can be substantially reduced. If some of the structural columns (carrying gravity loads) are allowed to rock, providing very small resistance to lateral loads, it is possible to reduce the strength of the global structural system and limit the global accelerations in seismic events. However, before overturning such columns may have substantial resistance which may void the effectiveness of weakening. The objective of this study is to (1) develop a simplified analytical model for rocking columns from fixity to overturning; (2) build the computational tools to simulate the behavior of structures including such rocking columns; and (3) examine the global nonlinear static response of a weakened structure. An analytical model is developed using an equivalent flexibility approach, which considers rigid body rotations and flexural deformations. Physical experiments of rocking columns were performed, and the results are used for the calibration and validation of analytical models. An analytical model of a 1:3 scaled structure is developed using IDARC2D modified in this study to evaluate several alternatives of weakening using rocking columns. DEWEY : 624.17 ISSN : 0733-9445 En ligne : http://ascelibrary.org/sto/resource/1/jsendh/v136/i5/p532_s1?isAuthorized=no