<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Built Environ.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Built Environment</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Built Environ.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-3362</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1411170</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2024.1411170</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Built Environment</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Causal rate-independent damping device using a rotary inerter damper</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Wang et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fbuil.2024.1411170">10.3389/fbuil.2024.1411170</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Boxiong</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2707143/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>Kohju</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/601693/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Kezuka</surname>
<given-names>Shotaro</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2730287/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/validation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Architecture and Building Science</institution>, <institution>Graduate School of Engineering</institution>, <institution>Tohoku University</institution>, <addr-line>Sendai</addr-line>, <country>Japan</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>Earthquake Engineering Laboratory</institution>, <institution>International Research Institute of Disaster Science</institution>, <institution>Tohoku University</institution>, <addr-line>Sendai</addr-line>, <country>Japan</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/195515/overview">Michele Palermo</ext-link>, University of Bologna, Italy</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/697645/overview">Zheng Lu</ext-link>, Tongji University, China</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1274932/overview">Reza Soleimanpour</ext-link>, Australian University, Kuwait</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Kohju Ikago, <email>ikago@irides.tohoku.ac.jp</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>30</day>
<month>05</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2024</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1411170</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>02</day>
<month>04</month>
<year>2024</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>30</day>
<month>04</month>
<year>2024</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2024 Wang, Ikago and Kezuka.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Wang, Ikago and Kezuka</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>The resistive force of linear viscous damping (LVD), which is commonly used as a damping model for structures, decreases proportionally with the frequency. Another linear damping model known as the rate-independent linear damping (RILD) model is used as a linear mathematical model for representing the damping characteristics of structures and materials that have a low frequency dependency. Because the resistive force of RILD is proportional to the displacement amplitude instead of the velocity, it is expected to directly and effectively control the seismic response displacement of low-frequency structures if implemented in a physical device. In this study, we propose the application of a causal approximation model of the RILD model&#x2014;based on Biot&#x2019;s model&#x2014;that extends the order of dynamic stiffness of each branch to the second order with seismically isolated structures. A few branches of commercially available tuned viscous mass dampers with second-order dynamic stiffness are arranged in parallel in the proposed device. When the demand for isolator displacement mitigation is moderate, the proposed model simulates the performance of the RILD model well. The proposed system outperforms the LVD system even when the demand for isolator displacement mitigation becomes more severe.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>rate-independent linear damping</kwd>
<kwd>linear hysteretic damping</kwd>
<kwd>causality</kwd>
<kwd>Biot&#x2019;s model</kwd>
<kwd>low-frequency structure</kwd>
<kwd>tuned viscous mass damper</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Earthquake Engineering</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<sec id="s1-1">
<title>1.1 Background</title>
<p>Seismic isolation can alleviate the seismic force transmitted to the superstructure at the expense of isolator displacement by increasing the fundamental natural period of the structure. However, there is concern regarding long-period and long-duration ground motions that are amplified by a thick sedimentary subsoil on which many buildings are built and induced by large-scale subduction-zone earthquakes (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Architectural Institute of Japan, 2007</xref>). Excessive isolator displacement caused by long-period and long-duration ground motion may result in moat wall impact, thereby damaging seismic isolation devices and superstructures.</p>
<p>Increasing the number of conventional dampers to address this challenge presents a dilemma: excessive damping compromises the seismic isolation performance under the effect of ground motions that are dominated by high-frequency components and that occur more frequently than long-period ground motions. <xref ref-type="bibr" rid="B15">Ikago and Inoue (2014)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B37">Luo et al. (2019)</xref> reported that rate-independent linear damping (RILD) offers an attractive solution because it realizes direct control of the displacement, thus exploiting its rate-independent resistive force. Other systems that increase resistive force in accordance with response displacement include the skid system (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Kelly et al., 1980</xref>), modulated homogeneous friction (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Inaudi, 1997</xref>), and nonlinear displacement-dependent dampers (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Ilgeigi et al., 2012</xref>).</p>
</sec>
<sec id="s1-2">
<title>1.2 Rate-independent linear damping</title>
<p>Rate-independent linear damping (RILD) is a linear damping model used for representing the energy dissipation characteristics of structural materials that are independent of frequency over a wide frequency range. This contrasts with the commonly used linear viscous damping (LVD) model, whose energy dissipation is proportional to the frequency. RILD is also referred to as linear hysteretic or structural damping. Although we confined ourselves to linear damping systems in this study, a comprehensive review of nonlinear damping systems can be found in <xref ref-type="bibr" rid="B35">Lu et al. (2018)</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s1-3">
<title>1.3 Noncausality of RILD and Biot&#x2019;s causal RILD model</title>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B9">Crandall (1991)</xref> reported that structures equipped with RILD respond before an excitation is applied, and RILD is thereby noncausal. <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> shows a displacement time history of a single-degree-of-freedom (SDOF) system containing RILD subjected to impulse excitation at time <italic>t</italic> &#x3d; 0. Anticipatory response is observed before an impulse is applied, thus violating the causality.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Noncausal response of an SDOF system containing RILD.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g001.tif"/>
</fig>
<p>Owing to this noncausal nature, RILD is physically unsound and impossible to realize as a physical device. The first successful causal model that exhibited an approximated rate-independent energy dissipation behavior was proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B6">Biot (1958)</xref>. <xref ref-type="bibr" rid="B8">Caughey (1962)</xref> stated that Biot&#x2019;s model can be constructed by arranging infinite Maxwell elements in parallel.</p>
</sec>
<sec id="s1-4">
<title>1.4 Dynamic stiffness</title>
<p>The transfer function from displacement to force in the frequency domain has a stiffness dimension and is thus referred to as the dynamic stiffness, which is expressed as a complex number. The real and imaginary parts of the dynamic stiffness are referred to as the storage and loss stiffness, respectively.</p>
<p>The storage stiffness is identical to the conventional stiffness coefficient. Although the loss stiffness has the dimensions of stiffness, it is in phase with the velocity&#x2014;that is, 90<sup>&#x25e6;</sup> advanced to the displacement&#x2014;which results in energy dissipation.</p>
</sec>
<sec id="s1-5">
<title>1.5 Undesirable storage stiffness of causal RILD models</title>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B38">Makris (1997)</xref> demonstrated that the modification of RILD to satisfy causality necessitates the addition of a storage stiffness that is proportional to the logarithm of the frequency. This explains why the storage stiffness of Biot&#x2019;s model increases as the frequency increases. A fractional order derivative model for approximating RILD, proposed by <xref ref-type="bibr" rid="B36">Luo and Ikago (2021)</xref> also exhibited increasing storage stiffness with respect to frequency. Thus, the storage and loss stiffnesses are bound to each other by the causality requirement, which results in a trade-off between the accuracy of mimicking RILD and maintaining a low storage stiffness. This is the challenge encountered when exploring the application of a RILD-based damping model for the protection of low-frequency structures.</p>
<p>
<xref ref-type="bibr" rid="B25">Keivan et al. (2020)</xref> developed a control algorithm for a magneto-rheological damper to causally realize the performance of RILD without the addition of an undesirable stiffness at the fundamental natural frequency of the controlled structure. The transfer function of the control algorithm was subsequently observed to be equivalent to that of a parallel configuration of negative stiffness and Maxwell elements (<xref ref-type="bibr" rid="B37">Luo et al., 2019</xref>). Their work further led to an examination of combinations of the Maxwell&#x2013;Wiechert model, negative stiffness, and inerters to realize causal RILD models (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Liu and Ikago, 2021a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B29">b</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B30">2022a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">b</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B32">c</xref>). <xref ref-type="bibr" rid="B53">Wu and Ikago (2024)</xref> proposed the addition of two inerters to a Maxwell&#x2013;Wiechert model in series and parallel to negate the undesirable storage stiffness at two specified frequencies. A combination of a negative-stiffness element and an inerter to negate the added storage stiffness in a causal RILD model was investigated by <xref ref-type="bibr" rid="B33">Liu et al. (2022)</xref> and <xref ref-type="bibr" rid="B54">Wu et al. (2023)</xref>.</p>
<p>In this study, unlike conventional approaches, we propose expanding the order of dynamic stiffness of the components in the proposed damping device to mitigate undesirable storage stiffness. Specifically, an inerter is connected in parallel to the damper to construct a commercially available device called a tuned viscous mass damper (TVMD). Limiting the frequency band in which the loss stiffness of the proposed device is tuned can significantly reduce the required number of TVMD branches, thus improving its feasibility. Another benefit of limiting the bandwidth is that it can reduce undesirable storage stiffness. In this study, the frequency band was determined to include the fundamental natural angular frequency of the controlled structure as well as twice that value.</p>
<p>The novelty of this study lies in the development of a physical model that approximates the energy dissipation behavior of an ideal RILD with lower storage stiffness compared with existing causal models in the literature.</p>
<p>The remainder of this paper is organized as follows: <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> expands the dynamic stiffness of Biot&#x2019;s model to the second order. The second-order model included Biot&#x2019;s model. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> presents the adopted TVMD, which is a commercially available device with second-order dynamic stiffness, to realize the proposed model. To improve its feasibility, in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we propose that the frequency band be limited, wherein the target constant loss stiffness is attained, which significantly reduces the number of required TVMD devices. An analytical example using the proposed model with three TVMD branches demonstrated its efficacy in causally approximating the ideal RILD, thus outperforming conventional LVD. <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> presents the conclusions of this study.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Proposed causal model of rate-independent linear damping</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Insight obtained from Biot&#x2019;s model</title>
<p>One of the most successful models to causally approximate an ideal RILD is Biot&#x2019;s model (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Biot, 1958</xref>), which comprises infinite branches of Maxwell elements (<xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Biot&#x2019;s model.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g002.tif"/>
</fig>
<p>The transfer function obtained from the deformation <italic>x</italic> to the resistive force <italic>F</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> of the <italic>j</italic>th branch of Biot&#x2019;s model is:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <italic>k</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>, <italic>c</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>, and <italic>r</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>/<italic>c</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> are the stiffness, damping coefficient, and relaxation parameter of the Maxwell element, respectively. <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m2">
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>&#x3c9;</italic> are the imaginary unit and excitation angular frequency, respectively. <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m3">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has a stiffness dimension and is thus referred to as the dynamic stiffness. Note that the relaxation parameter <italic>r</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> is the inverse of relaxation time.</p>
<p>The real and imaginary parts of the dynamic stiffness are referred to as the storage and loss stiffnesses, respectively. The storage stiffness is identical to the conventional stiffness. The product of the loss stiffness and deformation yields the resistive force, the amplitude and phase of which are proportional to the deformation and are in phase with the velocity, respectively. Thus, the loss stiffness is related to energy loss.</p>
<p>[Storage stiffness]<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m4">
<mml:mi mathvariant="fraktur">R</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>[Loss stiffness]<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m5">
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref> shows how Biot&#x2019;s model realizes constant loss stiffness characteristics at high frequencies. As indicated by the solid lines, the loss stiffness of the <italic>j</italic>th branch reaches its maximum value (indicated by red circles) of <italic>k</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>/2&#xa0;at angular frequency <italic>&#x3c9;</italic> &#x3d; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Dynamic stiffness of Biot&#x2019;s model. <bold>(A)</bold> Loss stiffness. <bold>(B)</bold> Storage stiffness.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g003.tif"/>
</fig>
<p>When the stiffness and damping coefficient of each branch are arranged such that<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m6">
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mtext>constant</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>the lowest relaxation parameter and <italic>j</italic>th damping coefficient are<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m7">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Accordingly, the dynamic stiffness of Biot&#x2019;s model <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m8">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m9">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Furthermore, when &#x394;<italic>r</italic> &#x2192; 0,<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m10">
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref> presents the loss stiffness of Biot&#x2019;s model when the stiffnesses and relaxation parameters are determined as follows:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m11">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Although the loss stiffness exhibits frequency dependency at low frequencies, it becomes almost independent of the frequency at high frequencies.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3B</xref> presents a comparison of the storage stiffness of Biot&#x2019;s model and ideal RILD when <italic>k</italic>
<sub>0</sub> &#x3d; 0. The storage stiffness of Biot&#x2019;s model increased with frequency, while that of the ideal RILD was constant, irrespective of the frequency. This is owing to the causality requirement that bounds the real and imaginary parts of the dynamic stiffness, which is known as the Kramers&#x2013;Kronig relationship (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Booij and Thoone, 1982</xref>). The causality of Biot&#x2019;s model results in the addition of stiffness when it is incorporated into a structure.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Second-order causal model</title>
<p>Herein, we propose a novel causal model to approximate ideal RILD. The model comprises infinite branches of any mechanical device in a second-order physical system connected in parallel, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, where <italic>s</italic> is the Laplace variable.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Proposed causal model of RILD.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g004.tif"/>
</fig>
<p>The dynamic stiffness of a second-order device can be defined as a bi-proper transfer function:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m12">
<mml:mi>Z</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>where <italic>r</italic> and <italic>k</italic> are the frequency and stiffness dimensions, respectively. <italic>a</italic>
<sub>1</sub>, <italic>a</italic>
<sub>2</sub>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub>, <italic>b</italic>
<sub>2</sub>, and <italic>b</italic>
<sub>3</sub> are the dimensionless parameters to be determined.</p>
<p>Let <italic>j</italic> denote the <italic>j</italic>th branch, where the dynamic stiffness of the proposed model written in the frequency domain is the summation of all the branches.<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m13">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Here we assume that the relaxation parameters are distributed with a uniform interval of &#x394;<italic>r</italic> &#x3d; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>j</italic>&#x2b;1</sub> &#x2212; <italic>r</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> (<italic>j</italic> &#x3d; 1, 2, &#x22ef;) starting from a small value <italic>r</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; <italic>&#x25b;</italic>. Accordingly, the stiffness of the <italic>j</italic>th branch is<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m14">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on these definitions, the dynamic stiffness of this model can be expressed as follows:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m15">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The sum is then substituted into the integration as follows:<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m16">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Partial fraction decomposition of the integrand yields<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m17">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>where &#x394;<sub>1</sub> and &#x394;<sub>2</sub> are the roots of the denominator<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m18">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>and <italic>A</italic>, <italic>B</italic>, and <italic>C</italic> can be represented using the roots as follows:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m19">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Subsequent to integration and simplification, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">14</xref> is reduced to<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m20">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Hereafter, we exclusively examine the imaginary part of dynamic stiffness (loss stiffness).</p>
<p>When &#x394;<sub>1</sub> and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m21">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, the loss stiffness is further reduced to<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m22">
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>where we used the following relationship:<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m23">
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">18</xref> clearly shows that, when <italic>&#x3c9;</italic> &#x226B;<italic>&#x25b;</italic> or <italic>&#x25b;</italic> &#x2192; 0, the loss stiffness approaches the constant value <italic>k</italic>
<sub>1</sub>
<italic>&#x3c0;</italic>.</p>
<p>For the case in which &#x394;<sub>1</sub> and &#x394;<sub>2</sub> are complex-valued, <italic>B</italic> and <italic>C</italic> are also complex-valued. It should be noted that the pairs of &#x394;<sub>1</sub> and &#x394;<sub>2</sub> and <italic>B</italic> and <italic>C</italic> are conjugate pairs. For further simplification, the following equations are introduced:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m24">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>where <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>1</sub>, <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>2</sub>, <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>1</sub>, and <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>2</sub> are real-value constants. Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">17</xref> is expanded by separating the real and imaginary parts as follows:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m25">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>which is further reduced to:<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m26">
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">22</xref> demonstrates that the loss stiffness approaches a constant value as the excitation angular frequency <italic>&#x3c9;</italic> increases, which proves that the proposed model can be an excellent approximation of the ideal RILD in terms of loss stiffness.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Relationship with Biot&#x2019;s model</title>
<p>As previously mentioned, Biot&#x2019;s model comprises infinite Maxwell elements arranged in parallel. The dynamic stiffness of Biot&#x2019;s model in the frequency domain is a summation of those of all branches:<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m27">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>where <italic>r</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> represent the relaxation frequency of the <italic>j</italic>th branch. It should be noted that the proposed model is reduced to Biot&#x2019;s model when <italic>a</italic>
<sub>1</sub>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 0 and <italic>a</italic>
<sub>2</sub>, <italic>b</italic>
<sub>2</sub>, <italic>b</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; 1.<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m28">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Because the proposed second-order causal model encompassing Biot&#x2019;s model has more parameters than Biot&#x2019;s model, it offers a solution for reducing undesirable storage stiffness, as discussed in the following section.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Physical realization using tuned viscous mass damper</title>
<p>An inerter (<xref ref-type="bibr" rid="B47">Smith, 2002</xref>) is a two-node mechanical device, the application of which in civil structures has been investigated for decades. The inertial resistive force generated by an inerter is proportional to the relative acceleration between its two nodes. Its physical realization usually involves the amplification of the physical mass using fluid (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Kawamata, 1989</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Kawamata, 1987</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B41">Nakamura et al., 1988</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B51">Wang et al., 2011</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B50">Swift et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Nakaminami et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B34">Liu et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B57">Zhang et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B10">De Domenico et al., 2019</xref>), a leverage (<xref ref-type="bibr" rid="B48">Sone et al., 1998</xref>), rack and pinion (<xref ref-type="bibr" rid="B47">Smith, 2002</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Saitoh, 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B44">Pietrosanti et al., 2021</xref>), and ball screw (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Arakaki et al., 1999a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">b</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Hwang et al., 2007</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B52">Watanabe et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B55">Xie et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B56">Xue et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kang et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B27">Li et al., 2023</xref>). Researchers have investigated various configurations of inerter, spring, and damper for the protection of civil structures against earthquakes and wind (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Ikago et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Giaralis and Petrini, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B39">Marian and Giaralis, 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B43">Pan and Zhang, 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Jia et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Kang and Ikago, 2023</xref>).</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Tuned viscous mass damper</title>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref>, a parallel arrangement of an inerter and a damper yields a compact device that can provide thousands of tons of inertance, which is sufficient for structural control. The connection of a spring element to the device configures a tuned-mass-damper-like (TMD-like) system, designated as a TVMD (<xref ref-type="bibr" rid="B16">Ikago et al., 2012</xref>). In contrast to a conventional TMD, a mass element (inerter) is arranged in parallel to the damper in a TVMD, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref>. To the best of our knowledge, inerter-based seismic control systems have been applied to real-life building structures only in Japan (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Sugimura et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Architectural Institute of Japan, 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Ishii et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Ogino and Sumiyama, 2014</xref>).</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Rotary inerter damper and tuned viscous mass damper. <bold>(A)</bold> Rotary inerter damper. <bold>(B)</bold> Configuration of TVMD.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g005.tif"/>
</fig>
<p>The dynamic stiffness of TVMD can be expressed as follows:<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m29">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>where <italic>r</italic> &#x3d; <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>/<italic>c</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> represent the relaxation parameter and fundamental angular frequency of the device local vibratory system, respectively.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Physical realization with infinite branches of TVMD</title>
<p>The dynamic stiffness of a TVMD single branch shown in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">25</xref> is similar to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">9</xref>. It is easy to infer that the infinite branches of TVMDs will also be a physical realization of the proposed model. To prove this, we first express the dynamic stiffness of the infinite branches of TVMDs as follows:<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m31">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The springs and inerters in the model resulted in the formation of infinite oscillators. Herein, we introduce a damping ratio <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m32">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
</inline-formula> as the ratio of the damping coefficient to the critical damping coefficient in each branch. If the infinite branches of the TVMDs are arranged in a manner similar to Biot&#x2019;s model, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">26</xref> can be rewritten as<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m33">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>On comparing the above equation with Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">10</xref>, the parameters can be identified as <italic>a</italic>
<sub>1</sub>, <italic>b</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 1 and <italic>a</italic>
<sub>2</sub>, <italic>b</italic>
<sub>2</sub>, <italic>b</italic>
<sub>3</sub> &#x3d; 4<italic>&#x3b6;</italic>
<sup>2</sup> for all branches. The dynamic stiffness of the infinite TVMDs can then be derived as<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m34">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <italic>B</italic>, <italic>C</italic>, &#x394;<sub>1</sub>, and &#x394;<sub>2</sub> are defined as<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m35">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>B</italic>, <italic>C</italic>, &#x394;<sub>1</sub>, and &#x394;<sub>2</sub> have complex values when 0 &#x3c; <italic>&#x3b6;</italic> &#x3c; 1; however, they have real values when <italic>&#x3b6;</italic> &#x3e; 1. As previously discussed, in either case, this model can serve as an approximation of an ideal RILD model.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Comparison with Biot&#x2019;s model</title>
<p>This section presents an example to demonstrate the advantages of the proposed model over Biot&#x2019;s model. The loss stiffness in Biot&#x2019;s model monotonically increases over the entire frequency range [0, <italic>&#x221e;</italic>] and approaches <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m36">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. Here, we set <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m37">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> such that the loss stiffness function approaches unity at high frequencies.<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m38">
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The lower bound of the relaxation parameter for Biot&#x2019;s model <italic>&#x25b;</italic>
<sup>
<italic>B</italic>
</sup> was determined such that the maximum error in the loss stiffness at frequencies greater than 1&#xa0;rad/s was less than 1%.<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m39">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="fraktur">I</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0.01</mml:mn>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>An iteration shows that <italic>&#x25b;</italic>
<sup>
<italic>B</italic>
</sup> &#x3d; 0.015 satisfies Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">31</xref>. For the proposed model, the required <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 0.5 when we set <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>,1</sub> to <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m40">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> in the same manner as in Biot&#x2019;s model. Another iteration for realizing the accuracy of Biot&#x2019;s model in terms of the loss stiffness shows that the value of the lower bound of the relaxation parameter of the proposed model <italic>&#x25b;</italic>
<sup>
<italic>P</italic>
</sup> &#x3d; 0.352. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6A, B</xref> present the storage and loss stiffnesses of the Biot&#x2019;s and proposed models with these parameters. The loss stiffnesses of both models exhibit frequency-independent characteristics in the frequency region beyond 1&#xa0;rad/s. The proposed model exhibits an advantage over Biot&#x2019;s model in maintaining the flexibility of the isolation layer at the expense of a compromised loss stiffness in the region of frequencies less than 1&#xa0;rad/s.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Dynamic stiffness of Biot&#x2019;s and the proposed models. <bold>(A)</bold> Storage stiffness. <bold>(B)</bold> Loss stiffness.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g006.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Parameter design method for practical use and its application in a base-isolated structure</title>
<p>The proposed model requires infinite TVMDs arranged in parallel to causally approximate RILD over all the frequencies. Nonetheless, the number of required branches can be significantly reduced by limiting the frequency band in which a constant loss stiffness is achieved, which is preferable for practical structural design.</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Mathematical properties of loss stiffness function for TVMD</title>
<p>The loss stiffness of a single TVMD branch is given as<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m41">
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>To solve for <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m42">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> with respect to <italic>&#x3c9;</italic>, we obtain the angular frequency at which the loss stiffness exhibits a peak value.<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m43">
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>8</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Therefore, the peak value of the loss stiffness is<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m44">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7A</xref> presents the shape of the TVMD loss stiffness function and its peak value coordinates.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Mathematical properties of loss stiffness function for a single TVMD branch. <bold>(A)</bold> Loss stiffness function. <bold>(B)</bold> Maximum value with respect to <italic>&#x3b6;</italic>. <bold>(C)</bold> Loss stiffness function with variation in <italic>&#x3b6;</italic>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g007.tif"/>
</fig>
<p>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e34">34</xref> indicates that the peak value of the loss stiffness is proportional to the stiffness of the branch <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7B</xref>, the peak value decreases and approaches <italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub>/2 as the damping ratio of the branch <italic>&#x3b6;</italic> increases.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7C</xref> shows that the shape of the loss stiffness function becomes longer and narrower as <italic>&#x3b6;</italic> decreases.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Finite TVMD model</title>
<p>Herein, we denote a second-order causal RILD device comprising <italic>n</italic> branches of TVMDs as <italic>n</italic>-TVMD. For an <italic>n</italic>-TVMD, the frequency band in which the loss stiffness is specified is limited to [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub>].</p>
<p>Regarding the distribution of the relaxation parameters, <xref ref-type="bibr" rid="B11">Genta and Amati (2009)</xref> adopted geometric progression. <xref ref-type="bibr" rid="B29">Liu and Ikago (2021b)</xref> adopted fundamental natural frequencies as the relaxation parameters to avoid the parameters of their proposed device to become negative values. This study adopted a uniform distribution as follows:<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m45">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>The number of branches <italic>n</italic> should be chosen properly to avoid negative parameters of the branches.</p>
<p>All the branches share the same damping ratio <italic>&#x3b6;</italic>, and the <italic>j</italic>th branch is designed to exhibit a peak value at frequency <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>. Thus, from Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e33">33</xref>,<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m46">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let <italic>Z</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> (<italic>&#x3c9;</italic>; <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub>) denote the dynamic stiffness of the <italic>n</italic>-TVMD with a target frequency range [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub>], and the loss stiffness is<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m47">
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We consider incorporating <italic>n</italic>-TVMD into a base-isolation layer, the isolator stiffness of which is <italic>k</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>, and the target loss stiffness to be imparted is <italic>&#x3b7;k</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>. Accordingly, the following condition is imposed to realize a constant loss stiffness within the frequency region of interest.<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m48">
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When we define <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> and <italic>Q</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> (<italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>) as follows:<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m49">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">38</xref> can be rewritten as<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m50">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Im</mml:mtext>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> illustrates how constant loss stiffness is realized in a four-TVMD model in the specified frequency range. The dashed lines represent the loss stiffness of each branch. The summation of the loss stiffnesses of all the branches attains a constant value stiffness within the target frequency range, as shown by the solid line.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Four branch example.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g008.tif"/>
</fig>
<p>On solving Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">40</xref> with respect to {<italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>}, we obtain<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m51">
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center"/>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mo>&#x22ee;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>A greater number of branches of TVMDs causes the loss stiffness to become flatter when <italic>&#x3b6;</italic> is fixed, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9A</xref>.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Loss stiffness of n-TVMD. <bold>(A)</bold> Loss stiffness of 3-, 6-, and 15-TVMD. <bold>(B)</bold> Loss stiffness of 20-TVMD.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g009.tif"/>
</fig>
<p>However, some of the <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> values become negative when <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> are uniformly distributed and <italic>n</italic> exceeds a certain value, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9B</xref>. The maximum <italic>n</italic> required to maintain <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> as positive, thereby ensuring the feasibility of the <italic>n</italic>-TVMD is denoted as <italic>n</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub>, which can be reduced by increasing <italic>&#x3b6;</italic>.</p>
<p>Fewer branches of TVMD are preferable in practical structural design, which is realized at the expense of accuracy in approximating the constant loss stiffness. Discussions on achieving a compromise between feasibility and accuracy when designing an <italic>n</italic>-TVMD are presented in the next section.</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Discussion on the target frequency band for single-degree-of-freedom systems</title>
<p>To elucidate the influence of the target frequency range [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub>] on the control efficacy of an <italic>n</italic>-TVMD, we examined an SDOF structure equipped with an <italic>n</italic>-TVMD, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>SDOF structure equipped with <italic>n</italic>-TVMD or RILD.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g010.tif"/>
</fig>
<p>The transfer functions from the ground acceleration <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m52">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to the displacement, floor response acceleration, and damper resistive force are<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m53">
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>where the superscript <italic>j</italic> represents the damping element incorporated into the structure; <italic>j</italic> &#x3d; 1 and 2 correspond to RILD and proposed models, respectively.</p>
<p>Thus,<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m54">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>RILD</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>sgn</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11A&#x2013;C</xref>, present the peak values with respect to <italic>&#x3c9;</italic> of the transfer functions of the SDOF structure containing the <italic>n</italic>-TVMD system (<italic>j</italic> &#x3d; 2) normalized by those of the SDOF structure containing RILD (<italic>j</italic> &#x3d; 1). The horizontal axes indicate the lower- and upper-bound frequencies normalized by the fundamental angular frequency. The vertical axes indicate the peak values of (a) displacement, (b) acceleration, and (c) control force transfer functions normalized by those of RILD. The <italic>n</italic>-TVMD exhibits the best performance with a lower-bound frequency near <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>, while the displacement mitigation performance is close to that of RILD as long as the lower-bound frequency is lower than <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>. When the upper bound frequency exceeds twice the fundamental frequency, the performance of the <italic>n</italic>-TVMD approaches that of RILD.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Comparison of responses of ideal RILD and proposed model. <bold>(A,D)</bold> Displacement. <bold>(B,E)</bold> Acceleration. <bold>(C,F)</bold> Control force. <bold>(G)</bold> Influence of upper bound frequency.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g011.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11D&#x2013;F</xref>, present the peak values of the transfer functions with respect to the lower-bound frequency as the loss factor is varied when the upper-bound frequency is fixed at twice the fundamental natural frequency. The upper bound of the lower-bound frequency <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, which exhibits a displacement control performance similar to that of RILD, decreases as the loss factor increases, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11D</xref>. However, the optimal lower-bound frequencies that minimize the acceleration and control force remain almost constant. Utilizing this characteristic can minimize the acceleration and damping force responses, rendering them closer to an ideal RILD. The increased displacement response can be managed with a higher loss factor to satisfy design requirements.</p>
<p>The above observations suggest that setting <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub> is a viable option for <italic>n</italic>-TVMD to realize a control performance similar to that of an ideal RILD when the target loss factor <italic>&#x3b7;</italic> is relatively low. <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11G</xref> presents the cross-sections of <xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11A&#x2013;C</xref> along <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub> &#x3d; <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>. As discussed in <xref ref-type="sec" rid="s3-3">Section 3.3</xref>, the proposed system improves the storage stiffness more than the conventional causal RILD model [see <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6A</xref>], resulting in a better approximation of the floor response acceleration and damper resistive force, especially when <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> &#x3e; 2<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>. However, this is attained at the expense of the displacement response owing to the reduced loss stiffness at low frequencies [see <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6B</xref>].</p>
<p>Considering that a lower value of <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> necessitates a smaller number of branches, thus resulting in enhanced feasibility and cost efficiency, we suggest setting <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub> for SDOF systems.</p>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>4.4 Parameters design flowchart</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref> presents the parameter design flow for an <italic>n</italic>-TVMD. The damping ratio <italic>&#x3b6;</italic> and target angular frequency range [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>&#x2113;</italic>
</sub>, <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub>] are given first. Herein, <italic>&#x3b6;</italic> &#x3d; 0.25, and the target angular frequency range is [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>, 2<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>], where <italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub> is the fundamental angular frequency of the controlled structure. The first iteration is performed to identify the loss factor <italic>&#x3b7;</italic> with the maximum feasible number of branches <italic>n</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> that satisfy the design criteria. In this study, we began with an initial estimate of the value of <italic>&#x3b7;</italic>, determined <italic>n</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> and <italic>&#x3b2;</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub>, and performed a time&#x2013;history analysis. The <italic>&#x3b7;</italic> value was gradually increased until the design criteria were satisfied. In the second iteration, the number of branches <italic>n</italic> was decremented until the minimum <italic>n</italic> satisfying the design criteria was reached.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Parameter design flowchart.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g012.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-5">
<title>4.5 Case study</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> presents the analytical model of an example multi-degree-of-freedom (MDOF) base-isolated structure with its properties listed in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13B</xref>. The isolator horizontal stiffness was designed such that the fundamental undamped natural period was 4.0&#xa0;s, following the base-isolation design practice in Japan.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Analytical model information. <bold>(A)</bold> Benchmark structure. <bold>(B)</bold> Analytical model properties. <bold>(C)</bold> Modal damping ratio of uncontrolled structure.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g013.tif"/>
</fig>
<p>The mass-proportional portion of the Rayleigh damping imparts undesirable damping to the first mode of the isolated structure beyond that provided by the dampers in the isolation layer, thus resulting in an underestimated seismic response, as reported in <xref ref-type="bibr" rid="B13">Hall (2006)</xref>. Therefore, stiffness-proportional damping was adopted in this study, with a damping ratio of 2% assigned to the first mode of the superstructure with a fixed base (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Ryan and Polanco, 2008</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Anajafi et al., 2020</xref>). The inherent damping at the isolation layer is ignored. <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13C</xref> presents the modal damping ratios of the structure with no damping devices incorporated into the isolation layer.</p>
<sec id="s4-5-1">
<title>4.5.1 Discussion on target frequency band for MDOF structure</title>
<p>This section presents an investigation of the high-mode effect on the performance of the <italic>n</italic>-TVMD incorporated into the example MDOF base-isolated structure.</p>
<p>Here, the loss factor is <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.7. In the case of the target frequency range, two cases, [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>, 2<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>] and [<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>, 50<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>], were investigated. The upper-bound frequency of the former case was the same as that of the SDOF case. The latter case was a control, the target angular frequency range of which includes all fundamental natural angular frequencies of the entire structure. The former and latter cases comprised 5 and 26 branches, respectively. <xref ref-type="fig" rid="F14">Figures 14A, B</xref> present the dynamic stiffnesses of the 5- and 26-TVMD systems, respectively. It should be noted that narrowing the target frequency band reduces the undesirable storage stiffness at high frequencies.</p>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>Analytical model equipped with 5-TVMD and 26-TVMD. <bold>(A)</bold> Dynamic stiffness of 5-TVMD. <bold>(B)</bold> Dynamic stiffness 26-TVMD. <bold>(C)</bold> Modal damping ratio.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g014.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F14">Figure 14C</xref> presents the modal damping ratios of the uncontrolled structure and cases comprising the 5- and 26-TVMD systems. The &#xd7;, &#x25e6;, and &#x25bd; notations represent the uncontrolled and 5- and 26-TVMD controlled cases, respectively. The <italic>n</italic>-TVMDs adds <italic>n</italic> degrees of freedom, thus resulting in <italic>n</italic> additional modes owing to the inerters. The &#x25e6; and &#x25bd; notations, which are distributed at a damping ratio of approximately 0.25, represent the damping ratios of the locally independent modes of TVMD branches. The damping ratio of the first mode was increased by <italic>n</italic>-TMVDs, while those of the higher modes remained almost constant. This is because the <italic>n</italic>-TVMDs are activated by the isolator displacement, which is dominated by the first mode.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F15">Figure 15A</xref> presents a comparison of the participation mode vectors of the uncontrolled, 5-TVMD controlled (<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> &#x3d; 2<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>), and 26-TVMD controlled (<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>
<italic>u</italic>
</sub> &#x3d; 50<italic>&#x3c9;</italic>
<sub>0</sub>) cases. This figure indicates that an increase in the number of branches <italic>n</italic> to include the high-mode frequencies only slightly improves the seismic response displacement because the participation of high modes is limited.</p>
<fig id="F15" position="float">
<label>FIGURE 15</label>
<caption>
<p>Participation mode vectors and modal floor response acceleration. <bold>(A)</bold> Participation mode vectors. <bold>(B)</bold> Modal floor response acceleration.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-10-1411170-g015.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figure S1</xref> presents the acceleration spectrum for the type-two surface subsoil provided in the building seismic design code of Japan. Modal floor response accelerations, as products of the participation mode vectors and acceleration spectra, are presented in <xref ref-type="fig" rid="F15">Figure 15B</xref>. In contrast to the displacement response, the high modes&#x2014;and especially the second mode&#x2014;have a significant effect on the floor response accelerations. The addition of <italic>n</italic>-TVMDs increases the floor response acceleration. Moreover, widening the target frequency band increases the floor response accelerations.</p>
<p>Thus, the selection of the upper bound of the target frequency as twice the fundamental natural angular frequency is a better option for mitigating floor response acceleration.</p>
</sec>
<sec id="s4-5-2">
<title>4.5.2 Time history analysis</title>
<p>Three recorded and three synthetic ground motions were employed as design earthquakes, in accordance with the practice in Japan. The three recorded ground motions were scaled such that their peak ground velocities (PGVs) were 0.5&#xa0;m/s. <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> lists the details of these ground motions. The synthetic ground motions were generated such that their response acceleration spectra were compatible with the design spectrum, as shown in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figure S1</xref>. Each ground motion is identified by a number, as shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Ground motions.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Number</th>
<th align="left">Earthquakes</th>
<th align="left">Station</th>
<th align="center">Component</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left">Recorded ground motions</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="center">1</td>
<td align="left">Imperial Valley, United States, 1940</td>
<td align="left">El Centro</td>
<td align="center">N-S</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">2</td>
<td align="left">Kern County, United States, 1952</td>
<td align="left">Taft</td>
<td align="center">E-W</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">3</td>
<td align="left">Tokachi-oki, Japan, 1968</td>
<td align="left">Hachinohe Harbor</td>
<td align="center">N-S</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left">Synthetic ground motions</td>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
</tr>
<tr>
<td align="center">4</td>
<td align="left">Imperial Valley, United States, 1940</td>
<td align="left">El Centro</td>
<td align="center">N-S</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">5</td>
<td align="left">Kern County, United States, 1952</td>
<td align="left">Taft</td>
<td align="center">E-W</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">6</td>
<td align="left">Kobe, Japan, 1995</td>
<td align="left">JMA Kobe</td>
<td align="center">N-S</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>For comparison, a base-isolated structure comprising ideal RILD, LVD, and the proposed model (<italic>n</italic>-TVMD) was examined. These three damping systems were designed such that the maximum isolator displacement yielded by the six ground motions was 0.3&#xa0;m. The condition of the isolator displacement was employed as the design criterion for the design flow presented in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>. Following the design process presented in the previous section, the number of TVMDs was reduced to three. <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> lists the designed properties of the damping models that satisfy this criterion.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Damper properties.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="3" align="center">LVD</th>
<th rowspan="3" align="center">RILD</th>
<th colspan="4" align="center">
<italic>n</italic>-TVMD</th>
</tr>
<tr>
<th colspan="4" align="center">
<italic>n</italic> &#x3d; 3, <italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.85</th>
</tr>
<tr>
<th align="left">Parameters</th>
<th align="center">TVMD1</th>
<th align="center">TVMD2</th>
<th align="center">TVMD3</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">
<italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.5</td>
<td align="center">
<italic>&#x3b7;</italic> &#x3d; 0.56</td>
<td align="left">
<italic>m</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> (t)</td>
<td align="center">3,215</td>
<td align="center">1,171</td>
<td align="center">1,039</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="left">
<italic>k</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> (kN/m)</td>
<td align="center">8,452</td>
<td align="center">6,157</td>
<td align="center">10,925</td>
</tr>
<tr>
<td align="left"/>
<td align="left"/>
<td align="left">
<italic>c</italic>
<sub>
<italic>d</italic>
</sub> (kN&#x22c5;s/m)</td>
<td align="center">2,606</td>
<td align="center">1,343</td>
<td align="center">1,684</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>
<xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figure S2A</xref> presents the time&#x2013;history seismic responses of the three systems under No. 6 ground motion (synthetic ground motion with the 1995 JMA Kobe record phase property). The diagram shows that the ideal RILD has a clear advantage in protecting seismic isolation structures, and the performance of the proposed model lies between RILD and LVD. The maximum values from the time-history results of the damping force and damper stroke demonstrate the feasibility of the proposed model in practical engineering applications. <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figures S2C, S2D</xref> present a comparison of their maximum responses under each ground motion. The No. 6 ground motion yielded the highest responses in terms of isolator displacement and rooftop response acceleration. Thus, the No. 6 ground motion was used to realize the damping system design, and both systems yielded a maximum isolator displacement of 0.3&#xa0;m for the No. 6 ground motion.</p>
<p>
<xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figure S2B</xref> presents a description of the relationship between the maxima of the isolator displacement and floor response acceleration yielded by the RILD, LVD, and proposed damping models subjected to six ground motions. The isolator displacement decreased as the loss factor of the damping systems increased, while an excessively large loss factor compromises the floor response acceleration in the LVD and proposed models. The proposed system realizes a similar response mitigation effect to the RILD if an isolator displacement of 0.4&#xa0;m or greater is allowed. There are no feasible designs for LVD in the gray area, i.e., the area in which the maximum allowable isolator displacement and rooftop acceleration are less than 0.36&#xa0;m and 1.43&#xa0;m/s2, respectively. Nonetheless, there are feasible designs for RILD and the proposed model.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4-6">
<title>4.6 Feasibility of proposed model</title>
<p>The proposed model comprises multiple branches of TVMDs. A TVMD is a commercially available device that has been applied to real-life building structures in Japan (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Sugimura et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B19">Ishii et al., 2014</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B42">Ogino and Sumiyama, 2014</xref>). <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figure S3A</xref> illustrates the installation of a TVMD in a building frame (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Sugimura et al., 2012</xref>). The inertance, stiffness, and maximum resistive force of the TVMD device are 5,400 tons, 7,300&#xa0;kNm/s, and 68,600&#xa0;kN/m, and 1,200&#xa0;kN, respectively. Thus, the parameters of the TVMD devices listed in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> fall within the feasible range. When incorporating the proposed device into a seismic isolation layer, the rotary inerter dampers are connected to a laminated rubber device to provide a tuned stiffness, as shown in <xref ref-type="sec" rid="s11">Supplementary Figure S3B</xref>.</p>
<p>This study focused exclusively on theoretical and numerical analyses. Therefore, experimental studies using small- or full-scale specimens should be conducted in the future. In addition, because the rotary inerter damper is a relatively new device that has not yet been widely adopted, its cost is considered a challenge.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>The amplitude and phase of the RILD resistive force were proportional to the displacement and in phase with the velocity, respectively. This resulted in the benefit of the direct control capability of the seismic response displacement in a low-frequency structure such as a seismically isolated building.</p>
<p>This study was motivated by one of the most successful causal RILD models, i.e., Biot&#x2019;s model, which comprises infinite Maxwell elements with first-order dynamic stiffness. The dynamic stiffness of each branch was expanded to the second order. Because a branch of second-order dynamic stiffness can be decomposed into two branches with first-order dynamic stiffness, it was found that the second-order causal RILD model encompasses Biot&#x2019;s model, which suggests that the proposed system can improve the storage stiffness while maintaining constant loss stiffness characteristics.</p>
<p>As a physical device used for realizing the proposed second-order branch, the TVMD, which is a commercially available device, is employed. The negative-stiffness effect of an inerter in a TVMD branch successfully reduces the undesirable storage stiffness compared to Biot&#x2019;s model.</p>
<p>By limiting the target frequency range in which a constant loss stiffness is achieved, the required number of branches is significantly reduced, thus enhancing the feasibility of the proposed device.</p>
<p>An analytical example was used to demonstrate that the proposed device approximated the performance of RILD well when the maximum allowable isolator displacement was 0.4&#xa0;m or greater. The performance of the proposed device degraded when the demand for isolator displacement mitigation became more severe; nevertheless, it outperformed LVD. Moreover, the properties of the proposed device, i.e., the inertance, damping coefficients, stiffness, and maximum resistive force were in the realizable range.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusion of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>BW: Funding acquisition, Investigation, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing. KI: Supervision, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing. SK: Conceptualization, Methodology, Validation, Writing&#x2013;original draft, Writing&#x2013;review and editing.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. This work was supported by the Support for Pioneering Research Initiated by the Next-Generation Program (Grant Number. JPMJSP2114) provided by the Japan Science and Technology Agency.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<sec id="s11">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2024.1411170/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2024.1411170/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Image3.jpg" id="SM1" mimetype="application/jpg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image2.jpg" id="SM2" mimetype="application/jpg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
<supplementary-material xlink:href="Image1.jpg" id="SM3" mimetype="application/jpg" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Anajafi</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Medina</surname>
<given-names>R. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Santini-Bell</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Effects of the improper modeling of viscous damping on the first-mode and higher-mode dominated responses of base-isolated buildings</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>49</volume>, <fpage>51</fpage>&#x2013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3223</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arakaki</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuroda</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arima</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inoue</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baba</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999a</year>). <article-title>Development of seismic devices applied to ball screw: Part 1 basic performance test of RD-series</article-title>. <source>AIJ J. Technol. Des.</source> <volume>5</volume>, <fpage>239</fpage>&#x2013;<lpage>244</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3130/aijt.5.239_1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Arakaki</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuroda</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arima</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inoue</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Baba</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1999b</year>). <article-title>Development of seismic devices applied to ball screw: Part 2 performance test and evaluation of RD-series</article-title>. <source>AIJ J. Technol. Des.</source> <volume>5</volume>, <fpage>265</fpage>&#x2013;<lpage>270</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3130/aijt.5.265</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<collab>Architectural Institute of Japan</collab> (<year>2007</year>). <article-title>Structural response and performance for long period seismic gound motions</article-title>, vol. <volume>366</volume> (<issue>MARUZEN</issue>)</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="book">
<collab>Architectural Institute of Japan</collab> (<year>2014</year>) <source>Intelligible guide to structural control</source>. <comment>
<italic>(in Japanese)</italic> (MARUZEN)</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Biot</surname>
<given-names>M. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1958</year>). &#x201c;<article-title>Linear thermodynamics and the mechanics of solids</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the third US national congress of applied mechanics</source> (<publisher-loc>America</publisher-loc>: <publisher-name>American Society of Mechanical Engineers</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Booij</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Thoone</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1982</year>). <article-title>Generalization of kramers-kronig transforms and some approximations of relations between viscoelastic quantities</article-title>. <source>Rheol. Acta</source> <volume>21</volume>, <fpage>15</fpage>&#x2013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/bf01520701</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Caughey</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1962</year>). <article-title>Vibration of dynamic system with linear hysteretic damping (linear theory)</article-title>. <source>Proc. 4th U. S. Natl. Congr. Appl. Mech.</source> <volume>1962</volume>, <fpage>87</fpage>&#x2013;<lpage>97</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Crandall</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1991</year>). <article-title>The hysteretic damping model in vibration theory</article-title>. <source>Proc. Institution Mech. Eng. Part C Mech. Eng. Sci.</source> <volume>205</volume>, <fpage>23</fpage>&#x2013;<lpage>28</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1243/pime_proc_1991_205_086_02</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De Domenico</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deastra</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ricciardi</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sims</surname>
<given-names>N. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wagg</surname>
<given-names>D. J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Novel fluid inerter based tuned mass dampers for optimised structural control of base-isolated buildings</article-title>. <source>J. Frankl. Inst.</source> <volume>356</volume>, <fpage>7626</fpage>&#x2013;<lpage>7649</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfranklin.2018.11.012</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Genta</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amati</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>On the equivalent viscous damping for systems with hysteresis</article-title>. <source>Mecc. Dei Solidi</source> <volume>32</volume>, <fpage>21</fpage>&#x2013;<lpage>43</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Giaralis</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Petrini</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Wind-induced vibration mitigation in tall buildings using the tuned-mass-damper-inerter</article-title>. <source>J. Struct. Eng.</source> <volume>143</volume>, <fpage>04017127</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)st.1943-541x.0001863</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hall</surname>
<given-names>J. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Problems encountered from the use (or misuse) of Rayleigh damping</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>35</volume>, <fpage>525</fpage>&#x2013;<lpage>545</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.541</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hwang</surname>
<given-names>J.-S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>Y.-M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Rotational inertia dampers with toggle bracing for vibration control of a building structure</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>29</volume>, <fpage>1201</fpage>&#x2013;<lpage>1208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2006.08.005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inoue</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). &#x201c;<article-title>Behavior of rate-independent linear damping incorporated into long-period structures subjected to strong ground motions</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 6th world conference on structural control and monitoring</conf-name>, <conf-loc>Spain</conf-loc>, <conf-date>15-17 July 2014</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>1116</fpage>&#x2013;<lpage>1124</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saito</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inoue</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Seismic control of single-degree-of-freedom structure using tuned viscous mass damper</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>41</volume>, <fpage>453</fpage>&#x2013;<lpage>474</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.1138</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ilgeigi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jahanpur</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Farshidianfar</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>A novel scheme for nonlinear displacement-dependent dampers</article-title>. <source>Nonlinear Dynamcics</source> <volume>70</volume>, <fpage>421</fpage>&#x2013;<lpage>434</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-012-0465-4</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Inaudi</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Modulated homogeneous friction: a semi active damping strategy</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>26</volume>, <fpage>361</fpage>&#x2013;<lpage>376</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/(sici)1096-9845(199703)26:3&#x3c;361::aid-eqe648&#x3e;3.3.co;2-d</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ishii</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kazama</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Miyazaki</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Murakami</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). &#x201c;<article-title>Application of tuned viscous mass damper to super-high-rise buildings</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 6th World Conference of Structural Control and Health Monitoring</conf-name>, <conf-loc>Barcelona, Sapin</conf-loc>, <conf-date>15-17 July 2014</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>2825</fpage>&#x2013;<lpage>2833</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ji</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Seismic response control of core wall structures using tuned viscous mass damper (tvmd) outriggers</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>292</volume>, <fpage>116546</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2023.116546</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Seismic control of multi-degree-of-freedom structures using a concentratedly arranged tuned viscous mass damper</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>52</volume>, <fpage>4708</fpage>&#x2013;<lpage>4732</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3977</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Multi-modal seismic control design for multi-storey buildings using cross-layer installed cable-bracing inerter systems: Part 1 theoretical treatment</article-title>. <source>Soil Dyn. Earthq. Eng.</source> <volume>164</volume>, <fpage>107639</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.soildyn.2022.107639</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kawamata</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1987</year>). &#x201c;<article-title>Accelerated liquid mass damper and principles of structural vibration control</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Transactions of the International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (Lausanne)</conf-name>, <conf-loc>USA</conf-loc>, <conf-date>17-21 August 1987</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>737</fpage>&#x2013;<lpage>742</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kawamata</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1989</year>). <article-title>Liquid type mass damper with elongated discharge tube</article-title>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Keivan</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keivan</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Phillips</surname>
<given-names>B. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikenaga</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Rate-independent linear damping for the improved seismic performance of inter-story isolated structures</article-title>. <source>J. Earthq. Eng.</source> <volume>26</volume>, <fpage>793</fpage>&#x2013;<lpage>816</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/13632469.2019.1693444</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kelly</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Beucke</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>M</surname>
<given-names>S. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1980</year>). <article-title>Experimental testing of a friction damped aseismic base isolation system with fail-safe characteristics</article-title>. <source>NASA STI/Recon Tech. Rep. N. 1980</source> <volume>81</volume>, <fpage>26304</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yin</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Structural dynamic vibration absorber using a tuned inerter eddy current damper</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>186</volume>, <fpage>109915</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2022.109915</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>Feasibility study of a passive rate-independent damping device for the seismic protection of low-frequency structures</article-title>. <source>Structures</source> <volume>34</volume>, <fpage>2499</fpage>&#x2013;<lpage>2514</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.istruc.2021.09.005</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>Feasibility study of the physical implementation of rate-independent linear damping for the protection of low-frequency structures</article-title>. <source>J. Build. Eng.</source> <volume>44</volume>, <fpage>103319</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jobe.2021.103319</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022a</year>). <article-title>Causal implementation of rate-independent linear damping for the seismic protection of low-frequency structures</article-title>. <source>Structures</source> <volume>35</volume>, <fpage>274</fpage>&#x2013;<lpage>288</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.istruc.2021.10.095</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022b</year>). <article-title>Feasibility of physical implementation of rate-independent linear damping to protect multistory low-frequency structures</article-title>. <source>J. Sound Vib.</source> <volume>528</volume>, <fpage>116893</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsv.2022.116893</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022c</year>). <article-title>Performance of a passive rate-independent damping device in a seismically isolated multistory building</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>29</volume>, <fpage>e2941</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.2941</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fukuda</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Modified tuned Maxwell&#x2013;Wiechert model for improving seismic performance of base-isolated structures</article-title>. <source>J. Build. Eng.</source> <volume>54</volume>, <fpage>104616</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jobe.2022.104616</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>J. Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Titurus</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Harrison</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Model identification methodology for fluid-based inerters</article-title>. <source>Mech. Syst. Signal Process.</source> <volume>106</volume>, <fpage>479</fpage>&#x2013;<lpage>494</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ymssp.2018.01.018</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhou</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Nonlinear dissipative devices in structural vibration control: a review</article-title>. <source>J. Sound Vib.</source> <volume>423</volume>, <fpage>18</fpage>&#x2013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsv.2018.02.052</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Unifying causal model of rate-independent linear damping for effectively reducing seismic response in low-frequency structures</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>50</volume>, <fpage>2355</fpage>&#x2013;<lpage>2378</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3450</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Luo</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chong</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Keivan</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Phillips</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Performance of low-frequency structures incorporated with rate-independent linear damping</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>181</volume>, <fpage>324</fpage>&#x2013;<lpage>335</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2018.12.022</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Makris</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1997</year>). <article-title>Causal hysteretic element</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>123</volume>, <fpage>1209</fpage>&#x2013;<lpage>1214</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)0733-9399(1997)123:11(1209)</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Marian</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giaralis</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>The tuned mass-damper-inerter for harmonic vibrations suppression, attached mass reduction, and energy harvesting</article-title>. <source>Smart Struct. Syst.</source> <volume>19</volume>, <fpage>665</fpage>&#x2013;<lpage>678</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12989/sss.2017.19.6.665</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nakaminami</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kida</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inoue</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). &#x201c;<article-title>Dynamic testing of a full-scale hydraulic inerter-damper for the seismic protection of civil structures</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceeding of the 7th International Conference on Advances in Experimental Structural Engineering</conf-name>, <conf-loc>Pavia, Italy</conf-loc>, <conf-date>6th &#x2013; 8th September &#x2013; 2017</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>57</fpage>&#x2013;<lpage>79</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nakamura</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Watanabe</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kawamata</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1988</year>). &#x201c;<article-title>Seismic response control of structures by accelerated liquid mass damper</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 9th World Conference on Earthquake Engineering</conf-name>, <conf-loc>Japan</conf-loc>, <conf-date>Jul 2024</conf-date> (<publisher-name>Tokyo-Kyoto</publisher-name>), <fpage>785</fpage>&#x2013;<lpage>790</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ogino</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sumiyama</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). &#x201c;<article-title>Structural design of a high-rise building using tuned viscous mass dampers installed across three consecutive sotreys</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 12th International Conference on Computational Structures Technology</conf-name>, <conf-loc>Naples, Italy</conf-loc>, <conf-date>August 24 &#x223c; 25, 2024</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>), <fpage>225</fpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Design of structure with inerter system based on stochastic response mitigation ratio</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>25</volume>, <fpage>e2169</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.2169</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pietrosanti</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Angelis</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giaralis</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Experimental seismic performance assessment and numerical modelling of nonlinear inerter vibration absorber (iva)-equipped base isolated structures tested on shaking table</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>50</volume>, <fpage>2732</fpage>&#x2013;<lpage>2753</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3469</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ryan</surname>
<given-names>K. L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Polanco</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Problems with Rayleigh damping in base-isolated buildings</article-title>. <source>J. Struct. Eng.</source> <volume>134</volume>, <fpage>1780</fpage>&#x2013;<lpage>1784</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)0733-9445(2008)134:11(1780)</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Saitoh</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>On the performance of gyro-mass devices for displacement mitigation in base isolation systems</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>19</volume>, <fpage>246</fpage>&#x2013;<lpage>259</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.419</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Smith</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Synthesis of mechanical networks: the inerter</article-title>. <source>IEEE Trans. Automatic Control</source> <volume>47</volume>, <fpage>1648</fpage>&#x2013;<lpage>1662</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tac.2002.803532</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sone</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yamamoto</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Masuda</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>) <source>Sliding mode control for building using tuned mass damper with pendulum and lever mechanism during strong earthquake</source>. <comment>
<italic>Copy available on request</italic>
</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sugimura</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Goto</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tanizawa</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Saito</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ninomiya</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>Response control effect of steel building structure using tuend viscous mass damper</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 15th International Conference on Earthquake Engineering (Lisbon, Portugal)</conf-name>, <conf-loc>USA</conf-loc>, <conf-date>24-28 September 2012</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>). <comment>Paper ID 0138</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Swift</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smith</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Glover</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Papageorgiou</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gartner</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Houghton</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Design and modelling of a fluid inerter</article-title>. <source>Int. J. Control</source> <volume>86</volume>, <fpage>2035</fpage>&#x2013;<lpage>2051</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00207179.2013.842263</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hong</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Designing and testing a hydraulic inerter</article-title>. <source>Proc. Institution Mech. Eng. Part C J. Mech. Eng. Sci.</source> <volume>225</volume>, <fpage>66</fpage>&#x2013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1243/09544062JMES2199</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Watanabe</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Inoue</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kida</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nakaminami</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tanaka</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>Full-scale dynamic tests and analytical verification of a force-restricted tuned viscous mass damper</article-title>,&#x201d; in <conf-name>Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering (Lisbon, Portugal)</conf-name>, <conf-loc>China</conf-loc>, <conf-date>24-28 September 2012</conf-date> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>). <comment>ID 1206</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Feasibility of an inerter-based causal rate-independent damping model for the protection of seismically isolated structures</article-title>. <source>Struct. (Elsevier)</source> <volume>62</volume>, <fpage>106271</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.istruc.2024.106271</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Feasibility study of a practical causal rate-independent damping device for the improved performance of seismic isolated structures</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>275</volume>, <fpage>115305</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2022.115305</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ban</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ikago</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Theoretical study on a cable-bracing inerter system for seismic mitigation</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>9</volume>, <fpage>4096</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app9194096</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Xue</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xie</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xinlei</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Cross-layer installed cable-bracing inerter system for MDOF structure seismic response control</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>10</volume>, <fpage>5914</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app10175914</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.-l.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Q.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nie</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>The mem-inerter: a new mechanical element with memory</article-title>. <source>Adv. Mech. Eng.</source> <volume>10</volume>, <fpage>168781401877842</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1687814018778428</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>