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      • KCI등재

        가속도응답을 이용한 상태공간에서의 모드분리 응답 특성

        황재승,이상현 한국풍공학회 2015 한국풍공학회지 Vol.19 No.2

        Mode decomposition technique has been recognized as a very useful tool and applied to many engineering problems such as the efficient numerical analysis and the estimation of modal properties of dynamic system for several decades. However, the conventional mode decomposition method has a limitation to be applied to the non-classical damping system where a vibration control system are installed. In this study, new mode decomposition method is proposed in the state space where the equation of motion of non-classical damping system is transformed, and the characteristics of modal response is demonstrated. For that purpose, numerical simulation for a 3-dof structure was performed. From the numerical results, it is found that for the classical damping system, the diagonal block matrix of modal matrix in state space is the same as the conventional modal matrix and the elements of off-diagonal matrix are all zero. For the non-classical damping system, the off-diagonal matrix of modal matrix are not all zero but has relatively small values compared with the diagonal block matrix. In addition, it is shown that the modal response can be separated well with only measured responses in state space, and the separated modal responses with the same natural frequency have a displacement–velocity relation. 모드분해법은 해석의 효율성, 동적특성 추정 등에 매우 유용한 도구로 사용되어 왔다. 그러나 댐퍼와 같은 진동제어시스템이 설치된 비고전감쇠 구조물에 대해서 기존의 모드분리법에 의해서 분리가 잘 이루어지진 않는다. 본 연구에서는 비고전 감쇠를 가지는 구조물의 운동방정식을 상태방정식으로 변환한 후 상태공간에서 모드분해하는 기법을 제안하고 상태공간 모드분해 기법에 의해 분리된 모드응답의 특성을 다루었다. 제안방법의 검증과 모드응답특성을 분석하기 위하여 비고전감쇠를 가지는 3자유도 구조물에 대한 수치시뮬레이션을 수행하였다. 수치해석 결과, 고전감쇠 구조물에 대한 상태공간 모드행렬의 대각블럭 행렬은 기존의 모드행렬과 같으며, 대각외 블록행렬은 모두 ‘0’의 값을 가지는 것으로 나타났다. 비고전 감쇠 구조물에 대한 상태공간 모드행렬은 대각외 블록의 행렬도 값을 가지는 것으로 나타났으며, 그 값은 대각블럭 행렬에 비하여 매우 작은 것을 알 수 있었다. 또한 계측응답만을 이용하여 상태공간에서 모드분리가 가능한 것으로 나타났으며, 동일한 고유진동수를 가지는 모드응답은 상호간 변위-속도관계를 가지도록 분해 가능함을 보였다.

      • 독립성분분석(ICA)기법을 이용한 플로팅 구조물 진동특성분석

        황재승,정기범 한국항해항만학회 2011 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.춘계

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

        Independent component analysis (ICA) is a method separating the mixture of signals into statistically and mutually independent ones. It has been applied to not only the Cocktail-party problem but also EEG analysis using the EEG waveform, digital signal processing, image processing and cognitive technique field actively. This study aims to propose a procedure to estimate the modal responses and mode shapes of a floating structure by using the ICA method from measured responses of the floating structure.

      • KCI우수등재
      • KCI등재

        운영중인 동조질량 감쇠기의 동특성 추정

        황재승,김시윤,이승우 한국풍공학회 2021 한국풍공학회지 Vol.25 No.2

        본 연구에서는 구조물의 진동제어를 위하여 사용되는 가장 대표적인 수동형 제진장치로 알려진 동조질량 감쇠기(Tuned Mass Damper, TMD)의 동적특성을 운영 중에 추정하는 기법에 대해서 다룬다. 동적특성 추정법은 무향칼만필터에 기반하고 있으며, 구조물과 TMD의 계측 가속도를 이용한다. TMD 파라미터 중에 마찰계수를 추정 파라미터로 포함하는 경우와 그렇지 않은 경우로 구분하여 마찰계수가 TMD의 동적특성에 미치는 영향을 평가하였다. 추정된 TMD 파라미터와 TMD에 의해서 분화된 두 개의 인접모드의 동적 특성을 이용하여 제어 대상 모드의 동적특성을 추정하여 제진장치에 의한 제어성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 TMD 파라미터 추정법을 실 구조물 계측응답에 적용한 결과 안정적인 파라미터 추정이 이루어지는 것을 확인할 수 있었으며 제어성능 평가가 가능함을 검증하였다. In this study, a technique for estimating the dynamic properties of a tuned mass damper (TMD) in operation, a passive vibration device used for vibration control of structure, is addressed. The dynamic parameter estimation method is based on the unscented Kalman filter(UKF) and uses the acceleration response of the target structure and the TMD. Among the TMD parameters, the effect of the friction coefficient on the dynamic characteristics of the TMD was evaluated by considering the cases where the friction coefficient was considered or not. The control performance by TMD was also evaluated by estimating the dynamic characteristics of the target structural mode using the estimated TMD parameters and the dynamic characteristics of the two adjacent modes popped up by the TMD. From the simulation results of applying the proposed parameter estimation method to in-situ structure, it was found that a stable parameter estimation was made, and the evaluation of control performance by TMD can be verified.

      • 강체거동을 하는 플로팅구조물의 진동제어

        황재승,박성철,정기범,최준성 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.공동학술

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

      • KCI등재후보

        제어력 포화를 고려한 병진-비틀림 모드 연계 고층구조물의 진동제어

        황재승,이상현,정란 한국풍공학회 2010 한국풍공학회지 Vol.14 No.3

        풍하중을 받는 구조물은 해석의 편의상 층당 3개의 자유도를 가지는 해석모델을 사용한다. 구조물의 입면 형상이 비정형이 되고, 평면내 구조재의 배치가 층에 따라 변경이 되면 각층의 질량중심과 강성중심의 차이에 의해서 병진방향상호간 또는 병진방향과 비틀림 방향이 상호연관되어 이에 따른 각 방향의 고유모드가 연계된 진동특성을 가지게된다. 본 연구에서는 풍하중에 의한 구조물의 응답에 가장 큰 영향을 미치는 저차의 3개의 병진-비틀림 모드가 연계된 구조물의 진동을 저감하기위한 능동제어기법에 대하여 다룬다. 이를 위하여 풍동실험으로부터 구한 각 방향 밑면 전도모멘트와 비틀림모멘트가 연계모드에 작용하는 모달풍하중으로 치환된 운동방정식을 유도하고, 운동방정식에 기반한 상태방정식을 통하여 제어력을 산정한다. 제어력 포화를 고려하여 위상분할 제어알고리듬과 H∞ 제어알고리듬이 합성된 새로운 제어알고리듬을 제안하였으며, 풍동실험을 수행한바 있는 대상구조물에 대해 수치시뮬레이션을 수행한 결과 기존 제어알고리듬인 LQR에 비해 대등한 제어효과를 가지면서 제어력의 크기를 줄일 수 있는 것을 검증하였다. For the simplicity of analysis, tall building structures subject to wind load can be modeled with three degrees of freedom at each floor. The structure with irregular form in the shape and the distribution of structural elements has a difference between the center of the mass and rigidity, as a result, induce the complex vibration modes coupled with the lateral-torsional direction. In this study, an active vibration control technique is provided to control the vibration of lateral-torsionally coupled system with first three fundamental modes which govern the responses of structure under wind load. For this, an equation of motion with modal wind loads obtained from lateral overturning and torsional moment is derived, the control force is calculated based on the equation. Considering the saturation of control force, a new active control algorithm synthesized the H∞ control and phase division algorithm is proposed. Through the numerical analysis for the structure which wind tunnel test performed, it is proved that the proposed control algorithm in this study has an equivalent control effect and reduce the control forces dramatically compared to the conventional control algorithm such as LQR.

      • KCI등재

        응답 파워스펙트럼밀도 적분함수를 이용한 구조물의 감쇠비 추정

        황재승 한국풍공학회 2022 한국풍공학회지 Vol.26 No.1

        The wind-induced vibration of structure is very sensitive to the damping ratio of governing modes of interests. Research to identify the damping ratio from the structural response have been developed for several decades, however is still challenging. A novel estimation technique of damping ratio of a structure is proposed in this research, which is based on the integration of power spectral density (PSD) function. The damping ratio estimation concept is devised on the principle that the integration of PSD have a flattening effect of the external load spectral density so that the integral of spectral density function of decomposed mode can be very closed to the corresponding theoretical integral function. The damping ratio can be identified by comparing the two integral functions. In order to extract the damping ratio, the properties of the integral of theoretical spectral density function is examined, and it is also shown that the estimation technique is applicable to the modal response separated from a non-classically damped system. For the validation of the developed technique in this study, numerical analysis for the mathematical model and application for the site-situ measurement were carried out. From the verification process, it was shown that the technique to estimate the damping ratio is robust and reliable with high stability. 바람에 의한 구조물의 진동은 관심대상이 되는 지배모드의 감쇠비에 매우 민감하다 . 감쇠비의 발현 메커니즘의 불확실성 등 에 의해 감쇠비의 추정은 여전히 도전과제이며 보다 정확한 감쇠비 추정을 위한 연구가 지속되고 있다 . 본 연구에서는 스펙트럼 밀도 적분함수라는 새로운 개념을 이용하여 구조물의 감쇠비를 추정하는 기법을 다룬다 . 모드 응답스펙트럼에 포함된 외부하중 스펙트럼을 적분에 의한 평균화효과에 의해 평탄화 한 후 이론적 적분함수와 비교하여 감쇠비를 구하는 원리이다 . 감쇠비 추출 가능성 탐색을 위 해 이론적 스펙트럼 밀도 적분함수의 특성을 분석하였으며 , 비고전감쇠 시스템이 가지는 혼성 모드응답에 적용할 수 있는 감쇠비 추 정법로 확장하였다 . 본 연구에서 제안된 감쇠비 추정법을 검증하기 위한 수치해석과 계측응답에 대한 적용이 이루어졌으며 , 검증결과 제안된 감쇠비 추정법이 안정적이며 , 신뢰도가 높은 감쇠비 추정이 가능함을 알 수 있었다 .

      • KCI등재

        진동실험에 기초한 다자유도 구조물의 모드질량 산정기법

        황재승 대한건축학회 2007 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.23 No.2

        The modal mass is one of the most important dynamic properties of structure like a natural frequency and damping ratio. In this study, it is outlined that modal masses of a MDOF structure are directly extracted from the vibration data using the system identification. Modal masses are obtained from the relationship between observability matrix and controllability matrix defined in arbitrary and typical state space model, respectively, and assumption that the locations of input and output are identical. The mass matrix and eigen vectors of a structure are not required. Numerical analysis is performed to verified the method proposed in this study. The results show that the modal masses of each mode can be precisely estimated. It is also observed that the accuracy is the best in the first lower modes and decreased in the higher modes.

      • KCI등재

        구조물 응답을 이용한 외부하중 역 추정 기법에 관한 연구

        황재승,아산 카림 대한건축학회 2007 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.23 No.1

        In this study an external load applied on a structure is estimated from the few measured structural response and Kalman filtering. The effect of various variables such as the type of response, amplitude of noise and discrepancy of the model on the external load estimation and the optimal Kalman filter gain are evaluated in frequency domain and verified through numerical analysis. It was observed from the numerical results that the acceleration response was more stable and robust in external load estimation than other response components. The noise is amplified at the high frequency range when the displacement or velocity response is used; meanwhile, the noise is transferred to estimated external load without amplification in the case of acceleration response. It is also found that the discrepancies in the natural frequency and the damping ratio between the actual structure and the Kalman filter model make the transfer function from the actual load to the estimated load distorted near and below the natural frequency.

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