사장교에 장착된 MR 댐퍼의 비용효율성 평가 및 최적설계 연구

박원석,함대기,고현무,박관순 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.6

지진응답 제어를 위하여 사장교 구조물에 장착된 준능동MR 댐퍼의 경제적 효율성 평가기법을 제안하였으며, 다양한 지반운동 특성에 대하여 비용효율성을 극대화하는 MR 댐퍼의 최적용량에 대한 분석을 수행하였다. MR 댐퍼의 비용효율성 평가를 위하여 생애주기비용 개념을 적용하였으며, 생애주기비용을 이루는 비용항목 중 손상비용의 기대값을 평가하기 위하여 지진재해로 인한 사장교의 파괴확률을 추정하였다. 사장교의 파괴로 인한 직 간접 손상비용의 규모를 매개변수로 하여 비용효율성을 평가하였다. 비용효율성 평가지수는 MR 댐퍼의 장착으로 인한 추가 투자비용과 사장교 구조물의 손상비용으로 이루어진 함수로서, 탄성받침이 사용된 기존의 설계에 대한 경제적 효율성을 나타내도록 정의하였다. 사장교의 지진응답 제어를 위하여 장착된 MR 댐퍼는 경제적으로 효율적인 대안인 것으로 나타났다. 지반운동의 특성과 손상비용 규모에 대한 MR 댐퍼의 최적 용량을 분석한 결과, 지진위험도 및 손상비용 규모가 커짐에 따라 가장 높은 비용효율성을 가지는 MR 댐퍼용량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. A method is presented for evaluating the economic efficiency of a semi-active magneto-rheological (MR) damper system for cable-stayed bridges under earthquake loadings. An optimal MR damper capacity maximizing the cost-effectiveness is estimated for various seismic characteristics of ground motion. The economic efficiency of MR damper system is addressed by introducing the life-cycle cost concept. To evaluate the expected damage cost, the probability of failure is estimated. The cost-effectiveness index is defined as the ratio of the sums of the expected damage costs and each device cost between a bridge structure with the MR damper system and a bridge structure with elastic bearings. In the evaluation of cost-effectiveness, the scale of damage cost is adopted as parametric variables. The results of the evaluation show that the MR damper system can be a cost-effective design alternative. The optical capacity of MR damper is increased as the seismic hazard becomes severe.

불완전 발달 유체 유동을 고려한 MR댐퍼 착륙장치 모델링

이효상,장대성,황재혁 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.1

반능동형 MR댐퍼 착륙장치는 MR유체가 환형 유로를 지날 때 유체감쇠력 및 자장 제어 감쇠력을 발생시키는 댐퍼이다. 환형 유로를 지나는 MR 유체의 경우 필연적으로 불완전 발달 유동이 발생하게 되어, 이는 유체 감쇠력을 포함하는 댐퍼 내력 계산에 오차를 발생시키는 원인이 된다. 이로 인해 댐퍼 구조적 파라미터 설계 및 제어 이득 선정이 부정확해지며, 착륙장치의 동특성 및 충격흡수성능 저하를 초래하게 된다. 본 논문에서는 MR댐퍼 환형 유로의 입구영역에서 발생하는 추가적인 감쇠력을 고려한 MR댐퍼 착륙장치의 수학적 모델을 유도하였다. 본 논문에서 유도한 수학적 모델링을 MR댐퍼 착륙장치의 설계 및 최적화 과정에 적용한다면 좀 더 정확한 내력 예측으로 우수한 성능의 MR댐퍼 착륙장치를 설계할 수 있을 것으로 판단된다. A semi-active MR damper landing gear is a damper that generates a fluid damping force and a magnetic field control damping force when the MR fluid passes through annular flow paths. In the case of MR fluid passing through annular flow paths, an incompletely developed flow inevitably occurs, causing an error in calculating damper inner forces including the fluid damping force. This error results in an inaccurate design of damper structural parameters and control gain selection, resulting in deterioration of dynamic characteristics and shock absorption performance of the landing gear. In this paper, we derived a mathematical model of an MR damper landing gear considering additional damping force generated in the entrance region of annular flow paths of the MR damper. If the mathematical modeling derived from this paper is applied to the design and optimization process of an MR damper landing gear, excellent performance of the MR damper landing gear is expected.

MR 댐퍼의 전자기적 설계

남윤주(Yun-Joo Nam),박명관(Myeong-Kwan Park) 대한기계학회 2007 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2007 No.10

This paper is concerned with an electromagnetic design methodology for the magneto-rheological (MR) damper. In order to improve the performance of the MR damper, the magnetic field should be effectively supplied to the MR fluid. Therefore, it is important that magnetic circuit consisting of the MR fluid, the ferromagnetic material for magnetic flux path, and the electromagnetic coil is well designed. For this purpose, two effective approaches are proposed: one is to shorten the magnetic flux path by removing the unnecessary bulk of the yoke in order to improve the static characteristic of the MR damper, and the other is to increase the magnetic reluctance of the ferromagnetic material by minimizing its cross-sectional area through which the magnetic flux passes in order to improve the dynamic and hysteretic characteristics. The effectiveness of the proposed design methodology is verified through magnetic analysis and a series of basic experiments.

MR 댐퍼를 이용한 비대칭 사장교의 지진 진동제어 성능평가

허광희,김충길,공영이,Heo, Gwanghee,Kim, Chunggil,Gong, Yeong I 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.3

비대칭 사장교에 지진으로 인한 진동을 MR(Magneto-rheological) 댐퍼를 이용하여 효과적으로 제어하는 연구를 수행하였다. MR 댐퍼의 실용적인 사용성을 높이기 위하여 비대칭 사장교 구조물을 설계/제작하고, 이 교량구조물을 적정하게 제어할 수 있도록 MR 댐퍼를 제작하였다. El-centro 지진파로 비대칭 사장교를 수평방향으로 가진하여 수직방향과 수평방향의 진동을 제어하는 실험을 하였다. 각 방향의 진동제어 실험에 5가지의 제어 조건으로 MR 댐퍼의 제어성능을 평가 하였다. 실험결과 MR 댐퍼는 지진진동으로 인한 비대징사장교를 진동제어 하기 위하여 Lyapunov Control 알고리즘과 Clipped-optimal control 알고리즘을 이용하여 제어를 할 경우, 보다 효과적으로 진동을 제어하는 것을 알 수 있었다. 그리고 구조물의 비대칭성과 수평 가진으로 인하여 수직 및 수평 방향의 진동제어가 서로 다른 제어효과를 보였다. 이와 같은 제어효과는 비대칭 사장교와 같은 유연하며 비대칭인 구조물에 준능동의 MR 댐퍼가 효과적으로 지진진동을 제어하는 것으로 평가되었다. A study has been carried out that effectively controls the vibration of asymmetric cable-stayed bridges caused by earthquakes with MR dampers. In order to enhance the practical serviceability of MR dampers, an asymmetric cable-stayed bridge structure has been designed and produced, and a MR damper has been produced so as to have this bridge structure controlled appropriately. An experiment that controls vertical and horizontal vibrations has been carried out by exciting the asymmetric cable-stayed bridge in the horizontal direction with the El-centro seismic wave. The control performance of the MR damper has been evaluated under the five control conditions in the experiments of vibration control in each direction. As a result of the experiment, MR dampers were proved to control vibrations more effectively when either Lyapunov control algorithm or Clipped-optimal control algorithm was used to control vibrations of the asymmetric cable-stayed bridge caused by earthquakes. In addition, different controlling effects were found in vibration controls in vertical and horizontal directions due to the asymmetry of the structure and the horizontal excitation. With such controlling effects, semi-active MR dampers are evaluated to effectively control vibrations caused by earthquakes in flexible and asymmetric structures such as asymmetric cable-stayed bridges.

MR댐퍼 기반의 스마트 수동제어 시스템

조상원,조지성,김춘호,이인원 한국지진공학회 2005 한국지진공학회논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 위의 어려움을 해결하기 위해, 스마트 수동제어 시스템을 제안하였다. 스마트 수동제어 시스템은 MR댐퍼와 EMI시스템으로 구성되며, EMI시스템은 영구자석과 솔레노이드 코일로 이루어진다. EMI시스템은 MR댐퍼의 왕복운동에너지를 전기에너지로 변환하므로, 스마트 수동제어 시스템은 외부 전원 없이 외부하중에 따라 댐퍼의 점성을 바꾸는 적응성을 갖는다. 따라서 간단하고 효율적인 장치로써, 대형토목구조물에 적용 가능하다. 이의 확인을 위해 예제를 통한 수치해석을 수행하였으며, 스마트 수동제어 시스템이 강진에 대해서는 기존의 반능동 제어 MR댐퍼 시스템 보다 우수한 성능을 보인다. Magnetorheological(MR) dampers are one of the most promising semi active control devices, because they have advantages such as small power requirement, reliability, and low price to manufacture. To reduce the responses of structures with MR dampers, a control system including power supply, controller, and sensors is required. However, when a mount of MR dampers are used to a large?scale civil structure such as cable stayed bridges, the control system becomes complex. Therefore, it is not easy to install and maintain the MR damper based control system. To resolve above difficulties, This paper proposes a smart passive system that consists of a MR damper and an electromagnetic induction(EMI) system. According to the Faraday’s law of induction, EMI system that is attached to the MR damper produces electric energy. The produced energy is supplied to the MR damper. Thus, the MR damper with EMI system does not require any power at all. Furthermore, the induced electric energy is proportional to external loads like earthquakes, which means the MR damper with EMI system is adaptable to external loads without any controller and corresponding sensors. Therefore, it is easy to build up and maintain the proposed smart passive system.

회전형 MR 댐퍼를 이용한 반능동 현가장치의 퍼지 스카이-훅 제어

조정목(Jeongmok Cho),조중선(Joongseon Joh) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.5

최근 고층건물의 방진시스템 및 자동차의 현가장치 분야에 MR 유체를 이용한 반능동 진동제어에 관한 연구가 활발히 진행되면서 MR 유체의 밸브모드 특성을 이용한 선형 MR 댐퍼가 널리 사용되고 있다. 그러나 전단모드를 이용한 회전형 MR 댐퍼에 관한 연구는 초기단계에 머물고 있다. 본 연구에서는, 주행로봇의 무한회전형 액츄에이터용 회전형 댐퍼의 진동제어에 관한 연구를 수행하였으며, 퍼지 로직을 기반으로한 회전형 MR 댐퍼용 진동제어 알고리즘을 제안하였다. 퍼지제어기의 입출력 이득과 멤버쉽 함수의 모양은 유전자 알고리즘을 이용하여 조정하였다. 시뮬레이션 결과는 MR 댐퍼에 충격력이 가해질 때 퍼지 스카이-훅 제어 성능을 보여준다. Recently, a number of researches about linear magnetorheological(MR) damper using valve-mode characteristics of MR fluid have sufficiently undertaken, but researches about rotary MR damper using shear-mode characteristics of MR fluid are not enough. In this paper, we performed vibration control of shear-mode MR damper for unlimited rotating actuator of mobile robot. Also fuzzy logic based vibration control for shear-mode MR damper is suggested. The parameters, like scaling factor of input/output and center of the triangular membership functions associated with the different Linguistic variables, are tuned by genetic algorithm. Simulation results demonstrate the effectiveness of the fuzzy-skyhook controller for vibration control of shear-mode MR damper under impact force.

유체 유동 모델링에 기초한 MR댐퍼의 동적 감쇠력 예측

이종석(Jongseok Lee),백운경(Woonkyung Baek) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

This paper presents a physical model of a MR(magnetorheological) damper to predict its dynamic damping force. To predict dynamic damping force of a MR damper, it is necessary to describe the differential equation of pressure for chambers due to MR fluids compressibility. A empirical data is used to determine the valve characteristics of an annular orifice undergoing MR effect. This model can be effectively applied to the MR damper design.

MR 댐퍼를 이용한 헬기 착륙장치 반능동제어

황재업(Jae-Up Hwang),황재혁(Jae-Hyuk Hwang),배재성(Jae-Sung Bae),현영오(Young-O Hyun),임경호(Kyoung-Ho Lim),김두만(Doo-Man Kim),김태욱(Tae-Wook Kim) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.4

본 논문에서는 MR 댐퍼를 헬기 착륙장치 완충기에 적용하여 반능동형 헬기 착륙장치 시스템을 설계하고, 헬기 착륙장치의 반능동제어를 수행하였다. MR 유체는 자기장 내에서는 유체의 물성치가 바뀌게 되는 빙햄거동을 시뮬레이션 하여 MR 댐퍼의 성능을 평가하였다. MR 댐퍼 내에서 자기장을 설계하고, 자기장의 변화에 대해 내부감쇠력의 변화를 고찰하고 자기장에 따른 착륙장치의 거동을 평가하였다. 또한 반능동형 헬기 착륙장치에 제어 알고리즘을 적용하여 착륙특성 성능을 해석하였고, 수동계의 착륙특성과 반능동형의 착륙특성을 비교하였다. In this paper, the semi-active control of a helicopter landing gear using magneto-rheological(MR) damper is studied. A dynamic model of the MR damper is formulated by incorporating magnetic field-dependent Bingham properties of the MR fluid. The electromagnet of the MR damper is designed and its magnetic field is analyzed using a commercial finite element code. The damping characteristics of MR damper by changing the intensity of the magnetic field are investigated and the dynamic responses of the helicopter landing gear with MR damper are simulated. The semi-active control of the helicopter landing gear is simulated by implementing a sky-kook control algorithm and its performance is evaluated comparing to the passive control.

MR 댐퍼의 최적설계

하성훈(Ha, Sung-Hoon),성민상(Seong, Min-Sang),구오흥(Heung, Quoc-Nguyen),최승복(Choi, Seung-Bok) 한국소음진동공학회 2009 한국소음진동공학회 논문집 Vol.19 No.11

This paper presents an optimal design of magnetorheological(MR) damper based on analytical methodology and finite element analysis. The proposed MR damper consists of MR valve and gas chamber. The MR valve is constrained in a specific volume and the optimization problem identifies geometric dimensions of the valve structure that maximize the pressure drop of the MR valve or damping force of the MR damper. In this work, the single-coil annular MR valve structure is considered. After describing the schematic configuration and operating principle of MR valve and damper, a quasi-static model is derived based on Bingham model of MR fluid. The magnetic circuit of the valve and damper is then analyzed by applying the Kirchoff' s law and magnetic flux conservation rule. Based on the quasi-static modeling and the magnetic circuit analysis, the optimization problem of the MR valve and damper is built. The optimal solution of the optimization problem of the MR valve structure constrained in a specific volume is then obtained and compared with the solution obtained from finite element method.

현가식 운전석을 위한 회전식 MR댐퍼의 설계

김동규(Dongkyu Kim),이종석(Jongseok Lee),백운경(Woonkyung Baek) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

This paper proposes a rotary MR damper designed for a suspension seat. For a performance analysis of the rotary MR damper, magnetostatic analysis is performed using the rotary MR damper model by applying current form 0[A] to 2.0[A] on the model. The torque of the rotary MR damper is predicted based on the results of the magnetostatic analysis. A trial-and-error for design variables of the rotary MR damper carried out.