[논문]TMD와 TLCD를 이용한 2방향 감쇠기의 동적특성

이성경; 민경원; 박은천

TMD와 TLCD를 이용한 2방향 감쇠기의 동적특성
Dynamic Characteristic of A Bi-dirctional Damper Using A Tuned Mass Damper and A Tuned Liquid Column Damper 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.21 no.6, 2008년, pp.589 - 596

이성경 (단국대학교 건축공학과) , 민경원 (단국대학교 건축공학과) , 박은천 (단국대학교 건축공학과)

초록
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본 연구에서는 동조질량감쇠기(TMD)와 동조액체 기둥감쇠기(TLCD)로 구성된 2방향 감쇠기의 제어성능을 실험적으로 검증하였다. 본 연구에 사용된 감쇠기는 한방향으로는 TMD로 거동하고, 다른 직교하는 방향에서는 TLCD로 거동하여 제어력이 발생하는 감쇠기이다. 우선, 제작된 감쇠기의 동적특성과 TMD와 TLCD에 의해 발생하는 제어력들의 연계효과를 조사하기 위한 진동대 실험을 수행하였다. 다음으로 이러한 실험결과를 바탕으로 감쇠기의 동적특성에 영향을 미치는 파라미터를 정량적으로 평가하였다. 본 연구에서 사용된 감쇠기가 입사각을 갖는 진동에 의해 가진될 때 TMD와 TLCD에 의해 연계된 제어력이 발생하는 것을 진동대 실험결과로부터 확인하였다. 또한, 감쇠기가 건축물의 2방향 응답제어에도 효과적으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study introduces the design of a bi-directional damper using a tuned mass damper(TMD) and a tuned liquid column damper(TLCD) and presents experimental verifications to confirm its control performance. The damper used in this study behaves as a TMD in a specific translational direction and acts as a TLCD in the other orthogonal direction. First, shaking table test is performed to investigate the coupled effect of control forces produced by TMD and TLCD. Then, the parameters that affect to dynamic characteristics of the proposed damper are quantitatively evaluated based on the experimental results. Testing results shows that the damper used in this study produces control forces coupled by TLCD and TMD, as it is excited by waves with an incident angle. Also, it is observed that the damper can be used to reduce bi-directional responses of building structures.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 연구들은 2방향 감쇠기의 설계와 제어성능을 실험적으로 검증한 것이다. 본 연구는 이러한 감쇠기가 입사각을 갖는 진동에 의해 가진될 때, TMD와 TLCD에 의해 연계된 제어력을 실험결과에 바탕을 둔 수치모델에 의하여 정량적으로 평가하였다. 그림 1은 본 연구에서 사용된 감쇠기의 평면을 나타내는 것으로 실제 현장적용시 설치비용 및 공간 절약을 고려하여 하나의 본체로 구성되었으며, X방향으로는 TMD로 거동을 하며 Y방향에서는 TLCD로 거동을 하여 제어력이 발생한다.
본 연구에서는 TMD와 TLCD로 구성되어 한 평면상에서 직교하는 2방향의 진동을 제어할 수 있는 감쇠기의 동적 제어 특성을 실험적으로 검증하였다. 하나의 본체로 구성된 2방향 감쇠기는 한 방향으로는 동조질량감쇠기 (TMD) 로 거동하여 제어력을 발생하고, 다른 직교하는 방향에서는 TLCD로 거동하여 제어력이 발생하는 것을 진동대 실험에 의해 확인하였다.
따라서, 설치 및 유지관리가 용이하고 댐퍼를 위한 추가적인 설비가 필요 없이 옥상층의 고가수조를 직접 액체형 댐퍼로 활용할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 이러한 TMD와 TLCD의 장점을 결합한 감쇠기를 제작하여 제어성능을 실험적으로 검증하고, 또한 감쇠기의 동적특성을 조사하여 설계파라미터를 정량적으로 평가하였다.

제안 방법

측정한 값이므로. 감쇠계수 q를 변수로 하여 전달함수를 계산하였다. 그림 7은 식 (8)에 의해 계산된 전달함수를 실험결과와 비교한 것으로, 감쇠계수 q는 188 - sec/m 로 식별되었다.
따라서, 본 연구진은 기존의 제어장치에 비해 상대적으로 제작이 간단하고 2방향의 동조가 용이한 동조액체질량감쇠기 (Tuned Liquid Mass Damper) 를 제안하고 성능을 실험적으로 검증하였다(허재성 등, 2008a; 2008b; 2008c). 이러한 연구들은 2방향 감쇠기의 설계와 제어성능을 실험적으로 검증한 것이다.
마지막으로 가우시안 분포를 따르는 화이트 노이즈 신호를 진동대로 가진하여 진동대 가속도와 감쇠기에 의한 제어력을 계측하였다. 또한, 2방향 감쇠기에 의한 TMD와 TLCD 각각의 제어력에 의한 특정방향에서의 합성 효과를 조사하기 위해서 그림 5와 같이 실험체를 일정한 각도로 회전시켜서 일방향 진동대를 가진하는 실험을 실시하였다. 이와 같은 실험방식은 실험체인 2방향 감쇠기가 입사각을 갖는 횡방향 진동에 의해 가진되는 효과가 있다.
데이터 수집은 25Hz 저주파수 통과 필터를 통과한 AD/DA보드인 NI PCI-6052E로 수집되는 시스템으로 이루어졌다. 마지막으로 가우시안 분포를 따르는 화이트 노이즈 신호를 진동대로 가진하여 진동대 가속도와 감쇠기에 의한 제어력을 계측하였다. 또한, 2방향 감쇠기에 의한 TMD와 TLCD 각각의 제어력에 의한 특정방향에서의 합성 효과를 조사하기 위해서 그림 5와 같이 실험체를 일정한 각도로 회전시켜서 일방향 진동대를 가진하는 실험을 실시하였다.
72H로 설정하여 감쇠기를 설계하였다. 먼저, Y방향 진동수 0.72Hz를 納 = \/2g/£ 식에 대입하여 TLCD 수조 내부의 액체의 길이 l을 0.95m로 결정하였고, 수평부 길이 B는 0.60m로 설계하였다. 다음으로, 액체의 질량인 q4£ = 57.
그리고 TLCD의 질량을 고려하여 TMD의 강성을 결정하는 단계가 추가된다. 본 연구에서는 X와 Y방향의 진동수를 각각 0.82Hz와 0.72H로 설정하여 감쇠기를 설계하였다. 먼저, Y방향 진동수 0.
이러한 그림들 이외에 그림 7과 8에서와 같이, TMD와 TLCD 동조진동수 근처에서만 두 결과가 일치하고 다른 진동수 구간에서는 상당한 차이를 나타내고있다. 본 연구에서는 그림 5와 같이 2방향 감쇠기를 회전시키기 위해서 로드셀과 감쇠기 사이에 회전형 지그를 설치하였다. 따라서, 감쇠기에 의한 제어력 이외에 회전형 지그의 영향이 로드셀에 전달되어 이러한 불일치가 발생한 것으로 판단된다.
Hartog, 1956). 본 연구에서는 제어장치 자체의 동적 특성 조사에 초점을 두어 그림 2와 같이 횡방향운동 啊 (t) 에 의해 가진되는 동조질량 감쇠기를 다뤘으며, 운동방정식은 다음과 같이 표현된다.
하나의 본체로 구성된 2방향 감쇠기는 한 방향으로는 동조질량감쇠기 (TMD) 로 거동하여 제어력을 발생하고, 다른 직교하는 방향에서는 TLCD로 거동하여 제어력이 발생하는 것을 진동대 실험에 의해 확인하였다. 이러한 실험결과를 바탕으로 감쇠기의 동적특성에 영향을 미치는 감쇠계수를 정량적으로 평가하였다. 또한, 2방향 감쇠기를 회전시키면서 진동대 실험을 수행한 결과, 입사각을 갖는 가진방향의 제어력은 TMD와 TLCD에 의해 발생하는 제어력들의 선형결합으로 표현되는 것을 실험결과를 바탕으로 한 수치해석으로 증명하였다.
최종설계된 2방향 감쇠기의 동적특성 파악하기 위하여 회전형 지그 상부에 설치된 실험체를 일축 진동대에 의해 가진하였다. 그리고, 전단형 로드셀을 진동대에 부착하였으며, 진동 대의 동적특성을 모니터하기 위해 가속도 센서를 진동 대와 감쇠기에 부착하였다.
실험적으로 검증하였다. 하나의 본체로 구성된 2방향 감쇠기는 한 방향으로는 동조질량감쇠기 (TMD) 로 거동하여 제어력을 발생하고, 다른 직교하는 방향에서는 TLCD로 거동하여 제어력이 발생하는 것을 진동대 실험에 의해 확인하였다. 이러한 실험결과를 바탕으로 감쇠기의 동적특성에 영향을 미치는 감쇠계수를 정량적으로 평가하였다.

대상 데이터

데이터 수집 보드는 측정된 가속도 및 로드셀 데이터를 측정하여 아날로그-디지털 변환하는 기능과 디지털-아날로그 변환하는 기능을 수행한다. 데이터 수집은 25Hz 저주파수 통과 필터를 통과한 AD/DA보드인 NI PCI-6052E로 수집되는 시스템으로 이루어졌다. 마지막으로 가우시안 분포를 따르는 화이트 노이즈 신호를 진동대로 가진하여 진동대 가속도와 감쇠기에 의한 제어력을 계측하였다.

성능/효과

이러한 실험결과를 바탕으로 감쇠기의 동적특성에 영향을 미치는 감쇠계수를 정량적으로 평가하였다. 또한, 2방향 감쇠기를 회전시키면서 진동대 실험을 수행한 결과, 입사각을 갖는 가진방향의 제어력은 TMD와 TLCD에 의해 발생하는 제어력들의 선형결합으로 표현되는 것을 실험결과를 바탕으로 한 수치해석으로 증명하였다.
회전각을 증가시킴에 따라 TLCD에 의한 제어력이 발휘되어 2개의 탁월진동수가 나타난다. 실험체가 X축과 90도를 이룰 때 감쇠기는 TLCD로 작용 하여 설계 진동수인 0.72Hz근처의 진동수가 탁월하게 되고, TMD의 고유진동수는 사라지는 것을 확인할 수 있다.
감쇠계수를 나타낸다. 입사각이 변화해도 TMD 및 TLCD 제어방향의 실험에서 계산된 감쇠계수들과 약 5% 이내의 오차를 보이는 것을 알 수 있다.
2kg이고, 아크릴로 제작된 TLCD의 수조의 질량은 20kg, 그리고, 부가질량은 30kg을 설치하였다. 최종적으로, X방향 진동수 0.82Hz를 (vt = J 식에 대입하여 TMD의 강성 4=2846N/m가 계산되었다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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