MRE 댐퍼로 제어되는 타워-케이블 연성 시스템의 동특성 및 매개변수 연구

초록

타워 구조물 케이블은 낮은 고유 감쇠로 풍하중 등에 의한 진동에 취약하며, 이는 구조물의 피로 손상 및 사용성 저하를 유발한다. 특히 타워와의 연성 효과를 고려한 진동 평가는 필수적이다. 본 연구는 MRE 댐퍼 반능동 제어를 이용 한 타워-케이블 연성 시스템의 효과적인 진동 저감 방안을 이론적으로 모색한다. 타워와 케이블 모델에 Galerkin법을 적용하여 2자유도 연성 운동방정식을 유도하였으며, 시스템 거동의 일반화를 위해 무차원화하여 질량비(μ)와 주파수비 (r)를 핵심 변수로 정의했다. 광범위한 매개변수 연구를 통해 고유진동수 변화와 모드 형상 교환 특성을 보이는 모드 접근 현상을 규명하였고, 이는 시스템 설계 및 제어 전략 수립에 중요한 시사점을 제공한다. 또한, 질량비와 주파수비에 따른 최적 수동 댐퍼 설계 차트(최대 감쇠비, 최적 위치)를 제시하여 수동 제어의 이론적 한계를 명확히 하였다. Bouc-Wen 모델로 MRE 댐퍼의 비선형 이력 거동을 정밀하게 모사하여 시간 이력 해석을 수행하였으며, 4가지 제어 전략(Optimal Passive, Passive-Off, Passive-On, Semi-Active LQR)의 성능을 공진 및 백색잡음 가진 하에 비교했 다. 백색잡음과 같은 불규칙 하중 조건에서 LQR 기반 반능동 제어가 수동 모드 대비 향상된 적응성과 우수한 진동 저감 성능을 보임을 정량적으로 확인하였다.

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