제진장치가 설치된 비고전 감쇠 구조물의 등가감쇠비 추정

황재승,나창순 한국풍공학회 2017 한국풍공학회지 Vol.21 No.3

구조물의 성능을 개선하기 위하여 다양한 진동제어장치가 사용되고 있다. 대부분의 제진장치는 구조물의 감쇠비를 증가시킴으로써 성능개선효과를 유도하기 때문에 증가된 감쇠비는 제진장치에 의한 구조물의 성능을 평가하는 중요한 지표가 될 수 있다. 본 연구에서는 강풍 등으로 제진장치가 운영 중인 상태에서 구조물의 응답만을 이용하여 각 모드에 증가된 등가감쇠비를 추정하는 프로세스를 개발하고 이를 성능개선효과를 평가하는데 활용하고자한다. 제진장치가 설치된 구조물은 비고전 감쇠시스템이므로 상태공간 모드분해법을 이용하여 계측응답으로부터 모드 응답을 구하고, 분해된 모드응답에 가상 동적 진동기를 적용하여 각 모드에 증가된 감 쇠비를 구하였다. 제안된 제진장치 설치 구조물 감쇠비 추정법을 검증하기 위하여 수동형 제진장치로 카고메 점탄성 댐퍼를, 능동형 제진장치로 능동질량감쇠기를 구조물에 적용하여 각 제진장치에 의한 감쇠비를 추정한 결과 매우 정교하게 예측 가능함을 알 수 있었다. Various vibration control systems have been used to improve the performance of a structure. Since most of the vibration control systems are applied to increase the damping ratio of the structure, the increased damping ratio can be used as very important index for evaluating the performance of the structure and the vibration control system. In this study, a method to estimate the increased equivalent damping ratio for each mode by using only the response of the structure is developed under the condition that the vibration control system is operated by strong winds. Since the structure with the vibration control system can be regarded as a non-classically damped system, the mode response is obtained using the state space based mode decomposition, and then by applying the virtual dynamic shaker, the damping ratio of each mode is identified. In order to validate the proposed damping ratio estimation process, Kagome viscoelastic damper as a passive vibration damper and the active mass damper as an active control system are respectively applied to estimate the damping ratio in numerical simulation. Numerical simulation results show that the damping ratio of the each mode is identified very precisely.

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.

가상 질량 동조기에 의한 구조물의 감쇠비 추정

황재승 한국풍공학회 2016 한국풍공학회지 Vol.20 No.1

본 연구는 가상 질량 동조기(VMT)를 이용하여 구조물의 응답으로부터 구조물의 감쇠비를 구하는 기법을 다룬다. 백색잡음뿐만아니라, 특정 진동수 가진, 충격하중 가진 등 다양한 하중종류 및 특성에 의하여 발생한 구조물의 계측응답에 대하여 VMT를 적용하였을 때 구조물의 감쇠비를 추정하는 기법에 대해서 다루고, VMT의 동적특성이 구조물 감쇠비 추정에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 수치해석결과에 의하면, VMT에 의하여 구조물 감쇠비 추정이 충분한 신뢰성을 가지고 예측되는 것을 확인 할 수 있었다. 충격하중을 받는 응답을 이용하는 경우 VMT에 의하여 가장 안정적으로 구조물 감쇠비 추정이 가능한 것을 알 수 있었으며, 백색잡음, 협소대역 하중에 대해서도 VMT의 지정 감쇠비를 너무 작게 산정하지 않으면 감쇠비 추정이 가능한 것으로 나타났다. 정현파의 경우에는 가진 진동수의 VMT 비율을 이용하여 감쇠비 추정이 가능한데 고유진동수와 인접할수록 정밀도가 높아지는 것을 알 수 있었다. This study outlines a technique to obtain a structural damping ratio from measured responses of the structure using the virtual mass tuner(VMT). For the structural responses induced by the different load types such as white noise, narrow band load, impact load and sine wave load, numerical analyses are performed to verify the applicability of VMT in the estimation of the damping ratio, and to consider the effect of the characteristics of loads and VMT on the accuracy of the damping ratio. From the numerical results, it is found that VMT is able to precisely estimate the damping ratio with a sufficient reliability regardless of the load type. When using a response by the impact load, the damping ratio is much more stably estimated. In addition, if the damping ratio of VMT is designated not too small, the damping ratio can be accurately estimated for the response induced by the white noise and narrow band load. In the case of the sine wave, it is possible to estimate the structural damping ratio using a variance ratio of the VMT at the different excitation frequencies.

보에 부착된 압전웨이퍼의 전기역학적 신호를 통한 고주파수 대역 감쇠 추정

신용재,박현우 대한토목학회 2017 대한토목학회논문집 Vol.37 No.1

The high-frequency electro-mechanical signatures, which are excited and received by piezoelectric wafers mounted on a beam, aresensitive to incipient defect in a beam. Predicting the sensing range of the piezoelectric wafers is needed to effectively conduct damage assessment of a beam through utilizing their advantage. Damping of a beam plays the most important role in determining the sensing range among other features. This paper has proposed a scheme for estimating high-frequency damping of a beam through electro-mechanical signatures of piezoelectric wafers mounted on the beam. Considering damping effect while resonance of a beam evolves, wave perspective is adopted to formulate the electro-mechanical signatures of piezoelectric wafers. The damping of a beam is estimated through the least squares method minimizing the difference between the calculated and the measured damping ratio function values which are obtained from formulated and measured electro-mechanical signatures, respectively. The validity of the proposed scheme has been demonstrated through numerical and experimental examples using an aluminum beam with collocated piezoelectric wafers. 보의 표면에 부착된 압전웨이퍼를 통해 가진되고 측정되는 고주파수 대역의 전기역학적 신호는 보에 발생한 미세 손상에 매우 민감하다. 이러한 부착형 압전웨이퍼의 장점을 이용한 보의 손상 진단을 효과적으로 수행하기 위해서는 압전웨이퍼의 탐지범위 예측이 필요하다. 고주파수 대역에서 압전웨이퍼의 탐지범위에 영향을 주는 여러 가지 요인 중 가장 지배적인 인자는 보의 감쇠이다. 이 연구에서는 보에 부착된 압전웨이퍼의 전기역학적 신호를 이용하여 보의 감쇠를 추정할 수 있는 기법을 제시한다. 공진이 발생하는 과정에서 보의 감쇠효과를 고려하여 압전웨이퍼의 전기역학적 신호를 파전달 관점에서 정식화한다. 실제 계측된 전기역학적 신호로부터 구한 측정 감쇠비 함수값과 정식화된 전기역학적 신호로부터 계산된 감쇠비 함수값의 차이를 최소화하는 최소자승법을 통해 보의 감쇠비를 추정한다. 제시된 방법을 압전웨이퍼가 병치되어 있는 알루미늄 보 수치 및 실험 예제에 적용하여 타당성을 검증한다.

상시 구조응답 데이터의 고유치 해석을 이용한 감쇠비 추정

김병화 ( Kim Byeong Hwa ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.1

교량의 상시 진동 데이터를 이용한 감쇠비 추정 기술이 새롭게 소개되었다. 제안 기법은 계측된 구조응답 신호의 자가상관을 이용하여 Hankel 행렬을 우선 구성한다. Hankel 행렬에 대한 고유치 해석을 적용하여 시스템 계수를 추정하고, 고유진동수와 감쇠비를 추출한다. 여기서, 계측신호는 랜덤 잡음에 오염되었다고 가정하며, 랜덤잡음 subspace의 고유벡터를 이용하여 시스템 계수를 추정한다. 다양한 랜덤잡음 조건하에 제안기법의 추정오차가 검토되었다.

비선형 회귀모형을 이용한 지하저장공동 주변 현장수리지질시험 매개변수의 자동 추정

정일문 ( Il Moon Chung ),조원철 ( Won Cheol Cho ),김남원 ( Nam Won Kim ) 대한지질공학회 2008 지질공학 Vol.18 No.4

지하저장공동의 설계 및 효율적 유지관리를 위해서는 설계전단계에서 사전조사로서 공동주위의 대수층 매개변수를 규명하고 운영전·후의 지하수의 흐름을 해석하는 과정이 반드시 수행되어야 한다. 수리지질설계에 필요한 제반자료를 얻기 위해서는 다양한 수리시험을 수행해야하며, 이 중 시추공 주변의 수리지질특성은 필수적인 기초자료가 되므로 보다 정확한 매개변수의 산정이 요구된다. 그러나 기존에 널리 사용된 도해적 일치법을 이용할 경우, 육안 오차나 절차상의 오독 등으로 타당성이 적은 수리지질 상수값을 산정할 위험이 있으며, 산정과정에서 불필요한 작업을 수행해야 하는 단점이 있다. 최근 매개변수의 직접전환을 위한 여러 방법론이 제시되어 왔는데, 그 중에서 비선형 회귀모형을 이용하면 매개변수가 반복계산을 통해 자동추정되는 편리함이 있고 추정된 매개변수의 통계학적 타당성까지 평가할 수 있어 매우 유용한 것으로 평가되고 있다. 본 연구에서는 공동주위의 실제 수리시험 자료에 대해 기존의 도해적 방법을 거치지 않고, 비선형 회귀모형을 이용한 매개변수의 자동추정을 수행하였다. 매개변수 자동추정 과정에서 발생할 수 있는 많은 반복 계산 횟수를 줄이고 수렴불가능의 문제를 해결하는 방안으로 감쇠계수를 도입하는 방안을 함께 제시하였다. For the design and effective management of underground storage caverns, preliminary investigation on the hydrogeologic parameters around caverns and analysis on the groundwater flow must be carried out. The data collection is very imporatnat task for the hydrogeologic design so various hydraulic tests have been performed. When analyzing the injection/fall off test data, existing graphical method to estimate the parameters in Theis` equation is widely used. However this method has some sources of error when estimating parameters by means of human faults. Therefore the method of estimating parameters by means of statistical methods such as regression type is evaluated as a useful tool. In this study, nonlinear regression analysis for the Theis` equation is suggested and applied to the estimation of parameters for the real field interference data around underground storage caverns. Damping parameter which reduce the iteration numbers and inhance the convergence is also introduced.

실내 CO2 농도와 PIR 신호를 활용한 주거건물의 재실 추정 알고리즘에 관한 연구

이규남,정근주 대한건축학회지회연합회 2018 대한건축학회연합논문집 Vol.20 No.6

Occupancy-based heating control is effective in reducing heating energy by preventing unnecessary heating during unoccupied period. Various technologies on detecting human occupancy have been developed using complicated machine learning algorithm and stochastic methodologies. This study aims at deriving low-cost and simple algorithm of occupancy inference that can be implemented to residential buildings. The core concept of the algorithm is to combine the occupancy probabilities based on indoor CO2 concentration and PIR(passive infrared) signals. The probability was estimated by applying different levels of decrement ratio depending on CO2 concentration change rate and aggregated PIR signals. The developed algorithm was validated by comparing the inference results with the occupancy schedule in a real residential building. The results showed that the inference algorithm can achieve the accuracy of 75~99%, which would be successfully implemented to the control of residential heating systems. 재실 인식과 관련된 기술의 대부분은 업무용 건축물을 대상으로 한 것이 많으며, 데이터 학습과 예측 등 계산부하가 큰 알고리즘을 활용하고 있으므로, 주거 건물에 적용되기 위해서는 좀 더 적은 데이터와 단순한 모델로 재실 추정 알고리즘을 구현할 필요가 있다. 본 연구에서는 저비용, 저메모리로 구현 가능하며 사칙연산으로도 계산 가능한 재실 추정 방법을 제안하기 위해 실내환경 모니터링에 활용되는 CO2 농도와, 보안 또는 조명제어 용도로 활용되는 PIR 센서를 이용한 재실 추정 알고리즘을 도출하고, 이를 실제 주거에 적용하여 타당성을 검증하였다. 거주자 재실추정을 위해 CO2 농도와 PIR 신호를 변수로 하는 재실확률 감쇠함수를 상정하고, CO2 농도의 변화율과 PIR 신호의 값에 따른 재실확률 감쇠율을 적용한 재실 추정 방법을 제안하였다. 제안된 재실 추정 방법을 실제 주거건물에 적용한 결과, 실제 재실여부와 비교하여 75~99% (평균 93%)의 예측 정확도를 나타내었다.

마찰기구를 부착한 1층 소형철골 프레임의 감쇠평가에 관한 연구

송성빈(Song, Sung-Bin),소다 사츠야(Soda, Satsuya) 대한건축학회 2010 대한건축학회 학술발표대회 논문집 - 계획계/구조계 Vol.30 No.1(구조계)

주파수 응답 데이터를 이용한 비비례 점성감쇠행렬 추정

민천홍(Cheon-Hong Min),김형우(Hyung-Woo Kim) 한국마린엔지니어링학회 2016 한국마린엔지니어링학회지 Vol.40 No.4

유한요소 모델 개선기법을 이용한 비비례 감쇠행렬 추정

민천홍(Cheon-Hong Min),김형우(Hyung-Woo Kim),이창호(Chang-Ho Lee),홍섭(Sup Hong),최종수(Jong-Su Choi),여태경(Tae-Kyeong Yeu) 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

A new identification method for a nonproportional damping matrix using the finite element (FE) model updating technique is proposed. Mass and stiffness matrices of the nonproportional viscous damping system are identified by FE model updating method. Sensitivity analysis is used to update the FE model, and zero frequencies are considered as design parameters to supplement the information of vibration characteristics. The nonproportional damping matrix is identified through the orthogonality. A numerical example is considered to verify the performance of the proposed method. As a result, the damping matrix of the nonproportional system is estimated accurately