Semiactive backstepping control for vibration attenuation in structures equipped with magnetorheological actuatorscat

This paper deals with the problem of semiactive vibration control of civil engineering structures subject to unknown external disturbances (for example, earthquakes, winds, etc.). Two kinds of semiactive controllers are proposed based on the backstepping control technique. The experimental setup used is a 6-story test structure equipped with shear-mode semiactive magnetorheological dampers being installed in the Washington University Structural Control and Earthquake Engineering Laboratory (WUSCEEL). The experimental results obtained have verified the effectiveness of the proposed control algorithms

Robust Control of Systems Subjected to Uncertain Disturbances and Actuator Dynamics

Esta tesis está enfocada al diseño y validación de controladores robustos que pueden reducir de una manera efectiva las vibraciones structurales producidas por perturbaciones externas tales como terremotos, fuertes vientos o cargas pesadas. Los controladores están diseñados basados en teorías de control tradicionalamente usadas en esta area: Teoría de estabilidad de Lyapunov, control en modo deslizante y control clipped-optimal, una técnica reciente mente introducida : Control Backstepping y una que no había sido usada antes: Quantitative Feedback Theory. La principal contribución al usar las anteriores técnicas, es la solución de problemas de control estructural abiertos tales como dinámicas de actuador, perturbaciones desconocidas, parametros inciertos y acoplamientos dinámicos. Se utilizan estructuras típicas para validar numéricamente los controladores propuestos. Especificamente las estructuras son un edificio de base aislada, una plataforma estructural puente-camión y un puente de 2 tramos, cuya configuración de control es tal que uno o mas problemas abiertos están presentes. Se utilizan tres prototipos experimentales para implementar los controladores robustos propuestos, con el fin de validar experimentalmente su efectividad y viabilidad. El principal resultado obtenido con la presente tesis es el diseño e implementación de controladores estructurales robustos que resultan efectivos para resolver problemas abiertos en control estructural tales como dinámicas de actuador, parámetros inciertos, acoplamientos dinámicos, limitación de medidas y perturbaciones desconocidas.

Experimental detection of sudden stiffness change in a structural system employing Laser Doppler Vibrometry

Sudden changes in the stiffness of a structure are often indicators of structural damage. Detection of such sudden stiffness change from the vibrations of structures is important for Structural Health Monitoring (SHM) and damage detection. Non-contact measurement of these vibrations is a quick and efficient way for successful detection of sudden stiffness change of a structure. In this paper, we demonstrate the capability of Laser Doppler Vibrometry to detect sudden stiffness change in a Single Degree Of Freedom (SDOF) oscillator within a laboratory environment. The dynamic response of the SDOF system was measured using a Polytec RSV-150 Remote Sensing Vibrometer. This instrument employs Laser Doppler Vibrometry for measuring dynamic response. Additionally, the vibration response of the SDOF system was measured through a MicroStrain G-Link Wireless Accelerometer mounted on the SDOF system. The stiffness of the SDOF system was experimentally determined through calibrated linear springs. The sudden change of stiffness was simulated by introducing the failure of a spring at a certain instant in time during a given period of forced vibration. The forced vibration on the SDOF system was in the form of a white noise input. The sudden change in stiffness was successfully detected through the measurements using Laser Doppler Vibrometry. This detection from optically obtained data was compared with a detection using data obtained from the wireless accelerometer. The potential of this technique is deemed important for a wide range of applications. The method is observed to be particularly suitable for rapid damage detection and health monitoring of structures under a model-free condition or where information related to the structure is not sufficient.

Identification of acoustic emission wave modes for accurate source location in plate-like structures

Acoustic emission (AE) technique is a popular tool used for structural health monitoring of civil, mechanical and aerospace structures. It is a non-destructive method based on rapid release of energy within a material by crack initiation or growth in the form of stress waves. Recording of these waves by means of sensors and subsequent analysis of the recorded signals convey information about the nature of the source. Ability to locate the source of stress waves is an important advantage of AE technique; but as AE waves travel in various modes and may undergo mode conversions, understanding of the modes (‘modal analysis’) is often necessary in order to determine source location accurately. This paper presents results of experiments aimed at finding locations of artificial AE sources on a thin plate and identifying wave modes in the recorded signal waveforms. Different source locating techniques will be investigated and importance of wave mode identification will be explored.

Damage detection in slab-on-girder bridges using vibration characteristics

This paper develops and applies a multi-criteria procedure, incorporating changes in natural frequencies, modal flexibility and the modal strain energy, for damage detection in slab-on-girder bridges. The proposed procedure is first validated through experimental testing of a model bridge. Numerically simulated modal data obtained through finite element analyses are then used to evaluate the vibration parameters before and after damage and used as the indices for assessment of the state of structural health. The procedure is illustrated by its application to full scale slab-on-girder bridges under different damage scenarios involving single and multiple damages on the deck and girders.

Liquid-Liquid Interphase (Biphasic) as the Reaction Medium in the Assembly of a Hierarchy of Structures of 4,4 `-Azodibenzoic Acid with Zinc and Cadmium

The compounds Zn(C12H8N2)](2)C12N2H8(COO)(2)](2)center dot(C6H12O)center dot(H2O), I, Zn(C12H8N2)]C12N2H8(COO)(2)], II, Cd(C12H8N2)(H2O)]C12N2H8(COO)(2)]center dot(H2O), III, Zn(C10N2H8)]C12N2H8(COO)(2)]center dot 0.5(C10N2H8), IV, Cd(C12N2H8(COO)(2)center dot H2O], V, and Zn-3(mu(2)-O)(mu(3)-O)(3)]C12N2H8(COO)(2)], VI, have been synthesized by using a biphasic approach (I, III, V, VI) or regular hydrothermal method (II, IV). The compounds exhibit one (I and II), two (In), and three dimensionally (IV, V, VI) extended structures. The flexible azodibenzoate ligand gives rise to a 3-fold interpenetration (IV) when the synthesis was carried out using normal hydrothermal methods. The biphasic approach forms structures without any interpenetrations, especially in the three-dimensional structures of V and VI. Formation of Cd2O2 dimers in V and extended M-O(H)-M two-dimensional layers in VI suggests the subtle structural control achieved by the biphasic method. Transformation studies indicate that it is possible to transform I to II. Lewis acid catalytic studies have been performed to evaluate the role of the coordination environment in such reactions. All the compounds have been characterized by a variety of techniques that includes powder X-ray diffraction, infrared, thermogravitric analysis, UV-vis, photoluminescence studies.

Damage identification of beam-like structures with contiguous and distributed damage

Structural health monitoring of existing infrastructure is currently an active field of research, where elaborate experimental programs and advanced analytical methods are used in identifying the current state of health of critical structures. Change of static deflection as the indicator of damage is the simplest tool in a structural health monitoring scenario of bridges that is least exploited in damage identification strategies. In this paper, some simple and elegant equations based on loss of symmetry due to damage are derived and presented for identification of damage in a bridge girder modeled as a simply supported beam using changes in static deflections and dynamic parameters. A single contiguous and distributed damage, typical of reinforced or prestressed concrete structures, is assumed for the structure. The methodology is extended for a base-line-free as well as base-line-inclusive measurement. Measurement strategy involves application of loads only at two symmetric points one at a time and deflection measurements at those symmetric points as well as at the midspan of the beam. A laboratory-based experiment is used to validate the approach. Copyright (c) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Random vibration testing with controlled samples

This paper proposes a novel experimental test procedure to estimate the reliability of structural dynamical systems under excitations specified via random process models. The samples of random excitations to be used in the test are modified by the addition of an artificial control force. An unbiased estimator for the reliability is derived based on measured ensemble of responses under these modified inputs based on the tenets of Girsanov transformation. The control force is selected so as to reduce the sampling variance of the estimator. The study observes that an acceptable choice for the control force can be made solely based on experimental techniques and the estimator for the reliability can be deduced without taking recourse to mathematical model for the structure under study. This permits the proposed procedure to be applied in the experimental study of time-variant reliability of complex structural systems that are difficult to model mathematically. Illustrative example consists of a multi-axes shake table study on bending-torsion coupled, geometrically non-linear, five-storey frame under uni/bi-axial, non-stationary, random base excitation. Copyright (c) 2014 John Wiley & Sons, Ltd.

Caracterização geológica da ocorrência de óleo na Formação Rio Bonito associada a um modelo não convencional de geração

O trabalho teve como escopo a caracterização geológica, em termos estruturais e estratigráficos, do sistema petrolífero responsável pela ocorrência de óleos encontrados na Formação Rio Bonito, na região carbonífera de Santa Catarina. Atualmente, especula-se que a assinatura geoquímica destes óleos relaciona-se à Formação Irati associado a um modelo não convencional de geração, vinculando a maturação térmica à intrusão de diabásio, devido a um soterramento insuficiente da rocha geradora. Como a Formação Irati encontra-se posicionada estratigraficamente acima da Formação Rio Bonito, o sistema está associado a um forte controle estrutural para o modelo de migração. A preparação de um mapa geológico integrado para a área de estudo envolvendo dados geológicos de campo, dados aeromagnetométricos e informações de furos de sondagem permitiu um entendimento mais aprofundado do arcabouço tectônico-estratigráfico da região. Seções geológicas mostraram a presença de falhas de grandes rejeitos que promoveram um sistema de Horsts e Grabens relacionados às NE-SW e secundariamente a falhas E-W, que permitiram a colocação da Formação Irati em contato lateral ou em um posicionamento abaixo da Formação Rio Bonito. A partir das seções cronoestratigráficas elaboradas foi possível reconhecer prováveis selos, trapas estratigráficos e estruturais, associados ao sistema petrolífero Irati-Rio Bonito. A análise geoquímica (isótopos e biomarcadores) dos óleos coletados na Formação Rio Bonito apontaram que os mesmos estão associadas aos folhelhos do Membro Assistência da Formação Irati, por possuírem uma razão pristano/fitano menor que 1, gamacerano, e a presença de isoprenóides pentametileicosano (i-25) e esqualano (i-30). A partir de análises geoquímicas realizadas em extratos orgânicos extraídos de folhelhos da Formação Irati intrudidos por diabásio, obteve-se valores da relação entre biomarcadores correspondentes e valores de Ro que indicam que foi alcançado o pico de geração de óleo. Contudo, não há registro na área de estudo de um soterramento suficiente que favorecesse essa situação, levando-nos, assim, a acreditar em um modelo de geração não convencional, por meio da intrusão de diabásio nas rochas geradoras. O arcabouço estrutural e os óleos estudados na região sugerem um processo migratório de sudoeste para o nordeste, ao longo de um sistema de falhas NE-SW, encontradas na região, que foram geradas anteriormente ou concomitantemente ao derrame basáltico associado à Formação Serra Geral.

Análise dinâmica e controle de vibrações de passarelas de pedestres submetidas ao caminhar humano.

Passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) e de aço são frequentemente submetidas a ações dinâmicas de magnitude variável, devido à travessia de pedestres sobre a laje de concreto. Estas ações dinâmicas podem produzir vibrações excessivas e dependendo de sua magnitude e intensidade, estes efeitos adversos podem comprometer a confiabilidade e a resposta do sistema estrutural e, também, podem levar a uma redução da expectativa de vida útil da passarela. Por outro lado, a experiência e o conhecimento dos engenheiros estruturais em conjunto com o uso de novos materiais e tecnologias construtivas têm produzido projetos de passarelas mistas (aço-concreto) bastante arrojados. Uma consequência direta desta tendência de projeto é um aumento considerável das vibrações estruturais. Com base neste cenário, esta dissertação visa investigar o comportamento dinâmico de três passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) localizadas no Rio de Janeiro, submetidas ao caminhar humano. Estes sistemas estruturais são constituídos por uma estrutura principal de aço e laje em concreto e são destinados à travessia de pedestres. Deste modo, foram desenvolvidos modelos numérico-computacionais, adotando-se as técnicas tradicionais de refinamento presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no uso do software ANSYS. Estes modelos numéricos permitiram uma completa avaliação dinâmica das passarelas investigadas, especialmente em termos de conforto humano. As respostas dinâmicas foram obtidas em termos de acelerações de pico e comparadas com valores limites propostas por diversos autores e normas de projeto. Os valores de aceleração de pico e aceleração rms encontrados na presente investigação indicaram que as passarelas analisadas apresentaram problemas relacionados com o conforto humano. Assim sendo, considerando-se que foi detectado que estas estruturas poderiam atingir níveis elevados de vibração que possam vir a comprometer o conforto dos usuários, foi verificado que uma estratégia para o controle estrutural era necessária, a fim de reduzir as vibrações excessivas nas passarelas. Finalmente, uma investigação foi realizada com base em alternativas de controle estrutural objetivando atenuar vibrações excessivas, a partir do emprego de sistemas de atenuadores dinâmicos sintonizados (ADS).

Análise dinâmica e controle de vibrações de pisos de edificações submetidos a atividades humanas rítmicas.

Um aumento crescente dos problemas estruturais associados à vibração excessiva de pisos de edificações de estruturas mistas (aço-concreto) e de concreto armado devido a atividades humanas rítmicas constitui a principal motivação para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto respaldada na obtenção da resposta dinâmica de pisos mistos (aço-concreto) e de concreto armado, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Para tal, os modelos estruturais estudados baseiam-se em pisos de edificações mistas (aço-concreto) e de concreto armado submetidos a aulas de ginástica aeróbica. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Um estudo paramétrico foi realizado sobre os modelos estruturais investigados e foram obtidos valores elevados para as acelerações de pico violando os critérios de projeto e indicando níveis de vibrações excessivas. Considerando-se os aspectos mencionados anteriormente foi desenvolvida uma estratégia com base em alternativas viáveis para o controle estrutural, objetivando a atenuação das vibrações excessivas a partir da instalação de atenuadores dinâmicos sincronizados (ADS) nos pisos analisados.

Tailoring the morphology of carbon nanotube assemblies using microgradients in the catalyst thickness

In addition to the structural control of individual carbon nanotubes (CNTs), the morphological control of their assemblies is crucial to realize miniaturized CNT devices. Microgradients in the thickness of catalyst are used to enrich the variety of available self-organized morphologies of CNTs. Microtrenches were fabricated in gate/spacer/cathode trilayers using a conventional self-aligned top-down process and catalyst exhibiting a microgradient in its thickness was formed on the cathode by sputter deposition through gate slits. CNTs, including single-walled CNTs, of up to 1μm in length were grown within 5-15 s by chemical vapor deposition. The tendency of thin CNTs to aggregate caused interactions between CNTs with different growth rates, yielding various morphologies dependent on the thickness of the catalyst. The field emission properties of several types of CNT assemblies were evaluated. The ability to produce CNTs with tailored morphologies by engineering the spatial distribution of catalysts will enhance their performance in devices. © 2011 The Japan Society of Applied Physics.

Solution-processable highly efficient yellow- and red-emitting phosphorescent organic light emitting devices from a small molecule bipolar host and iridium complexes

A bipolar transport compound, 2,5-bis(4-(9-(2-ethylhexyl)-9H-carbazol-3-yl) phenyl)-1,3,4-oxadiazole (CzOXD), incorporating both electron-and hole-transport functionalities, was synthesized and fully characterized by H-1 NMR, C-13 NMR, elemental analysis and mass spectrometry. Its thermal, electrochemical, electronic absorption and photoluminescent properties were studied