<?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">1607520</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fbuil.2025.1607520</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>Seismic performance enhancement of three-dimensional frame structures via inerter-based control systems</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Di Egidio and Contento</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fbuil.2025.1607520">10.3389/fbuil.2025.1607520</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>Angelo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2985667/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Contento</surname>
<given-names>Alessandro</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/2894562/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/visualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Department of Civil, Construction-Architectural and Environmental Engineering</institution>, <institution>University of L&#x2019;Aquila</institution>, <addr-line>L&#x2019;Aquila</addr-line>, <addr-line>Abruzzo</addr-line>, <country>Italy</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>College of Civil Engineering</institution>, <institution>Fuzhou University</institution>, <addr-line>Fuzhou</addr-line>, <country>China</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/698661/overview">Cristiano Loss</ext-link>, University of British Columbia, Canada</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/160030/overview">Christian M&#xe1;laga-Chuquitaype</ext-link>, Imperial College London, United Kingdom</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1274932/overview">Reza Soleimanpour</ext-link>, Australian University - Kuwait, Kuwait</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1961828/overview">Rodolfo Labernarda</ext-link>, University of Calabria, Italy</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Alessandro Contento, <email>alessandro@fzu.edu.cn</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>20</day>
<month>06</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>11</volume>
<elocation-id>1607520</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>07</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>16</day>
<month>05</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2025 Di Egidio and Contento.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Di Egidio and Contento</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>Improving the seismic response of new and existing structures is a fundamental topic in civil engineering. Often, in structural mechanics this issue is addressed through low-dimensional mechanical models capable of capturing the primary dynamics of the structure. In contrast to most studies in the scientific literature that use two-dimensional models to describe structural behavior, this paper employs a low-dimensional, three-dimensional (3D) mechanical model to capture the seismic response of a structure, also accounting for its torsional effects. This low-dimensional model is used to investigate two different methods for improving seismic response. One approach involves inerter devices directly connected to the structure, while the other is based on connecting the structure to external auxiliary structures, equipped in turn with inerters. Therefore, in this case, the inerter devices are connected directly to the external structures. The responses of the original stand-alone frame structure and those with the two proposed methods are compared to assess the effectiveness of each approach. Three different earthquake records are used as base excitation. The results are presented in performance curves and maps, showing the response in terms of displacements of key points of the structure as various system parameters are varied. The results reveal the good performance of both methods over a wide range of parameters, with particularly favorable results for the approach using external structures equipped with inerter devices.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>3D frame structure</kwd>
<kwd>coupling</kwd>
<kwd>inerter device</kwd>
<kwd>seismic behavior</kwd>
<kwd>torsional modes</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">E53D2301762 0001</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">NextGenerationEU<named-content content-type="fundref-id">10.13039/100031478</named-content>
</contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn002">National Natural Science Foundation of China<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001809</named-content>
</contract-sponsor>
<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>
<p>Improving the seismic response of new and existing structures is a fundamental topic in civil engineering. Often, structural mechanics, this issue addressed through low-dimensional mechanical models capable of capturing the primary dynamics of the structure.</p>
<p>The seismic behavior of actual structures is often studied by using low-dimensional models. A general three-dimensional (3D), multi-degree-of-freedom (M-DOF) frame structure is modeled through a planar, two-degree-of-freedom (2-DOF) shear-type system. For instance, such low-dimensional model were employed to explore the conceptual aspects of the base isolation technique as proposed by (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Kelly, 1995</xref>), as well as tuned mass damper (TMD) systems discussed in (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Den Hartog, 1956</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B40">Rana and Soong, 1998</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B33">Miranda, 2005</xref>). Furtherly, (<xref ref-type="bibr" rid="B47">Tsai, 1995</xref>), and (<xref ref-type="bibr" rid="B45">Taniguchi et al., 2008</xref>) examined the reduction of base displacement in a base-isolated system using a TMD.</p>
<p>In recent years, the same approach utilizing low-dimensional models was employed to explore the application of TMDs as common techniques for protecting frame structures against earthquake. In (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Dadkhah et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Khatibinia et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Kamgar et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Kamgar et al., 2025</xref>), TMD systems were implemented to safeguard high-rise buildings, while in (<xref ref-type="bibr" rid="B43">Salimi et al., 2021</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B21">Kamgar et al., 2020</xref>) a friction TMD and a modified tuned liquid damper were used to enhance the seismic response of buildings. Additionally, in (<xref ref-type="bibr" rid="B41">Reggio and De Angelis, 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B17">Fabrizio et al., 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Fabrizio et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Pagliaro and Di Egidio, 2022a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B48">Wang et al., 2013</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B35">Pagliaro and Di Egidio, 2022a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Di Egidio et al., 2023</xref>), the use of an intermediate discontinuity as a non-conventional TMD was studied.</p>
<p>Typically, TMDs require a small mass to function effectively. However, when subjected to seismic excitation, the use of a small mass may hinder the TMD&#x2019;s performance. This issue can be mitigated by coupling the TMD with an inerter device, which acts as a virtual mass to amplify inertial forces, as illustrated in (<xref ref-type="bibr" rid="B29">Marian and Giaralis, 2014</xref>). This combination led to the development of the Tuned Mass Damper Inerter (TMDI), a device that was extensively studied in various papers (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Brzeski et al., 2015</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B37">Pietrosanti et al., 2017</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">De Domenico and Ricciardi, 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">De Domenico et al., 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B18">Giaralis and Taflanidis, 2018</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B38">Pietrosanti et al., 2020</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B39">Prakash and Jangid, 2022</xref>).</p>
<p>Different external devices that are suitable combinations of TMDs and inerters or that have hysteretic behavior were proposed to improve the seismic performances of structures. Also using low-dimensional mechanical models, recently in (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Di Egidio and Contento, 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B10">Di Egidio and Contento, 2022</xref>) a hysteretic device connecting the Tuned Mass Damper Inerter to the structure was used, referred to as the Hysteretic Mass Damper (HMDI), or in (<xref ref-type="bibr" rid="B12">Di Egidio et al., 2022a</xref>) where the connection of the frame structure with a short, hysteretic exoskeleton was considered.</p>
<p>Among the different possibilities to improve the seismic response of structures, one option is the regularization of torsional modes, particularly as architectural innovation increasingly prioritizes aesthetic asymmetry. Uncontrolled torsion during seismic or wind events amplifies localized damage, accelerates structural fatigue, and threatens life safety, as tragically illustrated by torsional failures in the 1985 Mexico City earthquake (<xref ref-type="bibr" rid="B34">Osteraas and Krawinkler, 1989</xref>). Contemporary building codes, such as ASCE 7&#x2013;22 (2022) (<xref ref-type="bibr" rid="B1">American Society of Civil Engineers, 2022</xref>), now enforce stricter limits on torsional irregularities, reflecting lessons from past disasters.</p>
<p>Research on the regularization of torsional modes, aimed at mitigating vulnerabilities in asymmetric structures under seismic excitations, has evolved through analytical, experimental, and computational approaches. Early work by (<xref ref-type="bibr" rid="B42">Rutenberg, 1992</xref>) provided a critical review of nonlinear responses in asymmetric buildings, emphasizing the inadequacy of linear code provisions to address torsional coupling under extreme seismic demands. This work underscored the necessity of incorporating nonlinear behavior into design codes. Building on this, (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Anagnostopoulos et al., 2015</xref>), expanded the discourse by systematically reviewing earthquake-induced torsion, highlighting challenges such as bidirectional excitation effects and the underestimation of torsional amplification in static code-based methods. Their synthesis advocated for dynamic analysis and performance-based design for torsionally irregular structures. Further analytical advancements were pioneered by De la Llera and Chopra (<xref ref-type="bibr" rid="B8">De la Llera and Chopra, 1995</xref>), who modeled the inelastic seismic behavior of asymmetric-plan buildings, demonstrating that torsional coupling amplifies ductility demands and interstory drift. Their findings necessitated code-compliant stiffness redistribution strategies. Subsequent studies, such as (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Lim et al., 2018</xref>), empirically validated these analytical insights by analyzing a 3D asymmetric multi-story reinforced concrete structure. Their results showed that torsional irregularities exacerbate floor displacements and shear forces under bidirectional ground motions. Similarly, (<xref ref-type="bibr" rid="B28">Manish and Syed, 2017</xref>), compared symmetric and asymmetric buildings, revealing that even minor plan irregularities induce significant torsional responses, necessitating stricter code compliance.</p>
<p>The role of strong-motion duration in torsional response scaling was later investigated in (<xref ref-type="bibr" rid="B27">M&#xe1;laga-Chuquitaype, 2021</xref>), revealing that prolonged seismic durations intensify torsional demands in systems with nonlinear behavior, particularly those experiencing strength and stiffness degradation. This work highlighted the need for duration-sensitive design criteria in modern codes. Analytical methods have also evolved to support regularization: (<xref ref-type="bibr" rid="B49">Zalka, 2001</xref>): introduced a simplified approach for calculating natural frequencies in wall-frame systems, enabling efficient preliminary assessments of torsional stiffness distribution. For nonlinear modeling, (<xref ref-type="bibr" rid="B36">Pelletier and Leger, 2017</xref>), developed a framework for reinforced concrete cores, capturing torsional-axial coupling effects and advocating for detailed 3D analysis to prevent premature damage.</p>
<p>Mitigation strategies have been explored across computational and experimental studies. In (<xref ref-type="bibr" rid="B44">Takewaki et al., 2012</xref>), the authors proposed a &#x201c;worst-case scenario&#x201d; framework for optimizing passive dampers, such as tuned mass dampers (TMDs), to decouple torsional and translational modes during earthquakes, thereby improving energy dissipation. Practical retrofitting techniques, such as stiffening and mass redistribution, were demonstrated by (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Harbic et al., 2011</xref>) to reduce torsion in existing structures (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Botis et al., 2018</xref>). extended these efforts by proposing layout optimization of shear walls in rectangular RC buildings to balance torsional resistance without compromising functionality. For new designs (<xref ref-type="bibr" rid="B30">Maske and Pajgade, 2013</xref>), emphasized symmetric stiffness distribution, showing that strengthening perimeter elements suppresses torsional vibrations.</p>
<p>Most of the mentioned contributions in the literature address the control of torsional modes by adding or strengthening elements within the structure to be protected. In contrast, this study adopts a different perspective; in particular, this paper extends the study presented in (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Di Egidio et al., 2022b</xref>), which investigated the seismic response of a frame structure coupled with an external structure equipped with an inerter device. In that study, a general M-DOF frame structure was modeled as a 2-DOF shear-type system. Although the coupling with the external structures proved to be effective in reducing in-plane seismic effects, limited insight was obtained regarding torsional motion, which occurs in spatial frame structures during earthquake excitation. To overcome this limitation a low-dimensional spatial model is developed to investigate the seismic response of a general frame structure. This model is a two-level, spatial shear-type structure, in which it is assumed that the floor slabs are infinitely rigid within their own plane. Consequently, the model has six degrees of freedom, three for each level. While the two papers adopt conceptually similar approaches, employing inerter-based systems to enhance the seismic performance of frame structures, the present paper specifically focuses on mitigating torsional effects induced by asymmetric mass or stiffness distribution. This is achieved by strategically placing inertial devices to counteract rotational responses, whereas the previous study emphasizes the reduction of translational displacements and inter-storey drifts through coupling with an external, deformable structure.</p>
<p>The present study assumes linear behavior for both the structural system and the damping devices. While this simplification enables clearer interpretation of the fundamental dynamic mechanisms, particularly under moderate to strong excitations, it does not capture potential nonlinear effects such as yielding or stiffness degradation. The adoption of a linear model, widely accepted for preliminary design and parametric assessment, avoids the need to define a specific nonlinear formulation, which would require selecting a structural typology and significantly increasing the input data and model complexity, thus limiting generalizability.</p>
<p>Two distinct methods are proposed to enhance the seismic response of a three-dimensional (3D) frame structure. The first approach (System 1) integrates inerter devices directly into the structural system, whereas the second (System 2) couples the frame with external auxiliary structures incorporating inerters. The developed model facilitates a comprehensive assessment of torsional effects and evaluates the comparative efficacy of both systems in mitigating such responses. Using a Lagrangian formulation, the equations of motion are derived for three configurations: (i) the stand-alone frame structure, (ii) System 1, and (iii) System 2.</p>
<p>Three different earthquake records are used as base excitation to assess the effectiveness of each approach. An extensive parametric analysis is conducted by varying the fundamental parameters of the mechanical systems. Two performance indexes are introduced to evaluate the effectiveness of the proposed methods in comparison to the stand-alone frame structure. These indexes are defined as the ratios of the displacements or drifts of System one or System two and those of the stand-alone frame structure. A value of these indexes less than unity indicates that Systems one and two are effective in reducing the seismic effects on the frame structure. The results of the parametric analysis are presented in performance curves and maps that plot the performance indexes as functions of one or two parameters, respectively. Special attention is devoted to the effects of aligning the mass and stiffness centers at the first level in both System 1 and System 2.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Mechanical system</title>
<p>Two different methods are investigated to improve the seismic performance of a 3D frame structure. In the following analysis, a general spatial multi-degree-of-freedom (M-DOF) frame structure is consistently modeled as a two-level, three-dimensional shear-type system (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Mechanical systems: <bold>(a)</bold> System with only inerters (System 1); <bold>(b)</bold> System with external structures equipped with inerters (System 2).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g001.tif"/>
</fig>
<p>Each level has the same dimensions <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is rectangular in shape, and is assumed to be rigid within its own plane. The assumption of infinitely rigid floor diaphragms is adopted to simplify the analysis and focus on the primary structural response mechanisms. Although in some structures, diaphragm flexibility and potential discontinuities can influence force distribution and dynamic characteristics, in the cases considered in this investigation, the floor slabs are relatively stiff compared to the lateral load-resisting elements, and the diaphragm spans are moderate (see <xref ref-type="sec" rid="s3-3">Section 3.3</xref>), which reduces the significance of diaphragm deformation.</p>
<p>Additionally, the mass distribution is considered uniform, with the center of mass at each level located at the intersection of its diagonals. The masses of the levels are denoted as <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Hence, the kinematics of a level can be described by three displacement components. Since the adopted low-dimensional mechanical system consists of two levels, six Lagrangian parameters, <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, with <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are required to fully describe the system&#x2019;s kinematics. These Lagrangian parameters correspond directly to the displacement of the center of mass at each of the two levels of the structure.</p>
<p>The mechanical characteristics of the 6-DOF, 3D shear-type system are selected to be dynamically equivalent to a real M-DOF frame structure, utilizing the dynamic equivalence criterion developed in (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Fabrizio et al., 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Fabrizio et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Fabrizio et al., 2017b</xref>). Specifically, since this criterion was originally formulated for 2D frame structures, it is applied here to define the total stiffness of the two levels of the 6-DOF shear-type system separately along the <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>- and <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-directions. This choice yields a 3D model with equal stiffness along the two orthogonal directions. It is evident that, when the stiffness of a level is equally distributed among the four columns, the stiffness center of each level coincides with its corresponding mass center, provided the regularity in geometry and mass distribution mentioned before. Conversely, a non-uniform distribution of stiffness among the four columns (as in the case presented herein) would results in an irregular structure, where the stiffness and mass centers would not coincide. To simplify the derivation of the equations of motion, in each direction, the stiffness resulting from all the columns of each level has been modelled by springs located at two nodes of each level (see <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>). For example, all the stiffness of the columns of the first level along the <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction is assumed to modeled by <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Mechanical systems, location of stiffness and damping elements: <bold>(a)</bold> System with only inerters (System 1); <bold>(b)</bold> System with external structures equipped with inerters (system 2).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g002.tif"/>
</fig>
<p>The two investigated methods to improve the seismic performances of the frame structure both involve the use of inerter devices (see <xref ref-type="sec" rid="s2-4">Section 2.4</xref> for a brief description of these devices). In the case of System 1, the inerter devices are directly connected to the first level of the frame structure whose seismic performance is to be improved (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1a</xref>). Specifically, the two inerters <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> operate along the <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction, while the other two inerters <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> operate along the <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction. System 1 retains the same number of degrees of freedom as the stand-alone structure (without inerters), making it a 6-DOF mechanical system, as there is no need to associate additional degrees of freedom with the inerter devices. The Lagrangian parameters are the displacements <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the two levels.</p>
<p>In the case of System 2, the structure to be protected is connected at the first level to two external, auxiliary, rectangular-shaped structures with masses <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, through visco-elastic linear devices. These two external structures serve as TMDs for the studied structure. The mass distribution of the external structures is assumed to be uniform, with the center of mass located at the geometric center of the rectangle. The inerter devices are, in this case, connected to the auxiliary systems (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1b</xref>). As in the previous case, the two inerters <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> operate along the <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction, while the other two inerters <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> operate along the <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction. It is assumed that each external structure has two degrees of freedom (DOF): one associated with displacement along the smaller dimension and the other with torsion. The displacement along the greater dimension of the auxiliary structures is not considered as a Lagrangian parameter, as the stiffness in this direction is assumed to be very high, effectively preventing any significant interaction with the main dynamics of the coupled system. Consequently, the System 2 requires 10-DOF to fully describe its kinematics, 6-DOF for the two-level spatial shear-type system, and an additional 4-DOF <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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>&#x3d5;</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>v</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the two external auxiliary structures.</p>
<p>In both System 1 and System 2 the polar inertia of the sections of the columns are considered negligible. The equations of motion of both the System 1 and System 2 are obtained through a Lagrangian approach.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Damping of the 3D frame structure</title>
<p>The general equations of motion of the stand-alone, two-level, 3D shear-type system can be formally written as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref>:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the mass, damping, and stiffness matrices of dimension <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively, the vector <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> accounts the six Lagrangian parameters, and <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the seismic input. As observed, the seismic excitation is applied along a direction inclined of angle <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respective to the horizontal line (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>). In the paper, <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is always set to <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Since the mass matrix <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is diagonal, the projection vector <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Although assuming a fixed angle may appear restrictive, preliminary analyses indicated that variations in this parameter have only a minor influence on the resulting maps, which remain qualitatively consistent. Therefore, only the results obtained with <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>o</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are presented herein.</p>
<p>The damping matrix <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is obtained from the stand-alone, two-level, 3D shear-type system, by a Rayleigh approach. Specifically, <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a linear combination of mass and stiffness matrices as:<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where coefficients <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</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>&#x3c9;</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>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</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>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the circular frequencies of the first two oscillation modes of the structure, whereas <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the modal damping of such first two modes. In the analyses performed, it is always set <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The damping matrix <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref> is used also to describe the damping properties of the 3D frame structure in System 1 and System 2.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 System 1: 3D frame structure equipped with inerters</title>
<p>The equations of motion are obtained by a Lagrangian approach. To write the kinetic <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and potential <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> energies, the displacements of the points labeled from <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (vertexes of the first level) and from <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (vertexes of the second level) needed to be written. In fact, the elastic springs and the virtual masses of the inerters are all applied in these points (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1a</xref>). With respect to coordinate systems that have origin in the mass centers of the two levels (intersection of the diagonals), such displacements read (<xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>):<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m54">
<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:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>cos</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the components of the seismic input along the horizontal and vertical directions, respectively. The kinetic energy then reads (<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>):<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m56">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the polar moment of inertia of the two levels of the 3D frame structure. The potential energy reads (<xref ref-type="disp-formula" rid="e6">Equation 6</xref>):<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<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: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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<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: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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mspace width="1.5em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xCR</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yBQ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the sum of the stiffness of all the columns below the first level along horizontal lines passing through points <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Similarly, <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the sum of the stiffness of all the columns below the first level along vertical lines passing through points <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. The same meaning is associated to the other stiffnesses appearing in the potential energy. Specifically, <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xCR</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the sum of the stiffness of all the columns below the second level along horizontal lines passing through points <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Similarly, <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yBQ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the sum of the stiffness of all the columns below the second level along vertical lines passing through points <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
<p>To account for the non-conservative forces due to the damping of the structure, their virtual work <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> needs to be computed (<xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>). It reads:<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the damping matrix and <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the vector containing the six Lagrangian parameters, already described in <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>. Finally, <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the virtual variation of the Lagrangian parameters.</p>
<p>By introducing the Lagrangian function <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the six equations of motion are then obtained through <xref ref-type="disp-formula" rid="e8">Equation 8</xref>:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>The equations of motion are omitted for brevity, but all the equations presented in this section permit their derivation.</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 System 2: 3D frame structure coupled to an external apparatus with inerters</title>
<p>To derive the equations of motion of the System 2 (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1b</xref>), the displacements of all the vertexes of the 3D frame structure need to be evaluated. Their displacements are exactly equal to those written for System 1 and reported in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>. Moreover, also the displacements of all the vertexes of the external auxiliary structures have to be written. With respect to coordinate systems that have origin in the mass centers of the two external structures (intersection of the diagonals, see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1b</xref>), such displacements read as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref>:<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>Then kinetic energy <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> reads (<xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Equation 10</xref>):<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m85">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</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:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the polar moment of inertia of the two auxiliary structures. The potential energy reads as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>:<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<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: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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<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: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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1.5em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xCR</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yBQ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1.5em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<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: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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<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: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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1.5em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfenced open="" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</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>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">uCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the stiffness of the coupling visco-elastic devices that connects the 3D frame structure to the auxiliary structures (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1b</xref>).</p>
<p>To account for the non-conservative forces due to the damping of the structure, their virtual work <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> needs to be computed as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Equations 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref>:<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</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 mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ext</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>&#x3b4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="matrix">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="center">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ext</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>Quantities <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the damping matrix and vector of the Lagrangian parameters of the 3D frame structure already introduced in <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">Equation 7</xref>, and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix. Moreover, <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ext</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is still a <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> matrix and accounts for the damping of the auxiliary structures and coupling visco-elastic devices. Vector <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ext</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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>&#x3d5;</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>v</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>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> contains the Lagrangian parameters associated to the auxiliary structures. Due to the large dimensions of Matrix <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ext</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and by exploiting the symmetry properties, only its symmetric components <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are reported in <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Equation 14</xref>:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>31</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>32</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>33</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>41</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>42</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>43</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>44</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>51</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>52</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>53</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>54</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>55</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>61</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>62</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>63</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>64</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>65</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>66</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>71</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>72</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>73</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>74</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>75</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>76</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>77</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>81</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>82</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>83</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>84</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>85</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>86</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>87</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>88</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>91</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>92</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>93</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>94</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>95</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>96</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>97</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>98</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>99</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>101</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>102</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>103</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>104</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>105</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>106</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>107</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>108</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>109</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">1010&#x3d;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Damping coefficients <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are associated to the auxiliary structures and represent the viscous characteristic of the devices applied to the vertexes that correspond to the last subscript. As an instance, <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the damping coefficient that complete the description of the visco-elastic device applied at point <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and having stiffness <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> the visco-elastic properties associated to the elements of the structures are drawn only with springs for simplicity. Such dampings are conventionally defined as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">Equation 15</xref>:<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</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>x</mml:mi>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</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>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</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>x</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</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>y</mml:mi>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the frequencies of the two auxiliary structures assumed isolated. It is always considered <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.05</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Damping coefficients <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are instead associated to the coupling devices that connect the couple of vertexes corresponding to the last two subscripts. As an instance, <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the damping coefficient that complete the description of the visco-elastic device connecting points <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and of stiffness <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Such dampings are conventionally assumed as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e16">Equation 16</xref>:<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</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 mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</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 mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>where it is always considered <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>By introducing the Lagrangian function <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the ten equations of motion are then obtained through <xref ref-type="disp-formula" rid="e17">Equation 17</xref>:<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</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 mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">ext</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>and can be synthetically written as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e18">Equation 18</xref>:<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x307;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The explicit expressions of such equations are presented in the <xref ref-type="sec" rid="s13">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2-4">
<title>2.4 Inerter device</title>
<p>An inerter is a mechanical device designed to exert a force, <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, that is directly proportional to the relative acceleration between two connection points, or terminals. A common design approach involves using a rack-pinion-flywheel assembly, as depicted in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. In this configuration, the device&#x2019;s primary components include two or more flywheels with radius <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and mass <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which are linked to a linear rack through a pinion-gear mechanism. This arrangement allows the inerter to effectively translate relative accelerations into force outputs. The resisting force <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the inerter device is defined as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e19">Equation 19</xref> (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Makris and Kampas, 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B46">Thiers-Moggia and M&#xe1;laga-Chuquitaype, 2018</xref>):<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x308;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>Here, <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the virtual mass (or inertance) of the inerter. This virtual mass can be increased by incorporating additional flywheels into the device. For an inerter device comprising <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> flywheels, <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is given by <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equation 20</xref>:<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m138">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</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:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</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:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</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>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</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>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c9;</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</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>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</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>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Rack-pinion-flywheel rotational inertia system.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g003.tif"/>
</fig>
<p>The first two terms of <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Equation 20</xref> define the virtual mass <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the device shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. Importantly, in this type of inerter device, kinetic energy can transfer freely between the inerter and the structure due to the absence of clutches or other mechanisms that could restrict such energy exchange, as seen in (<xref ref-type="bibr" rid="B26">Makris and Kampas, 2016</xref>).</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Periods and modal shapes of system 1 with only inerters.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g004.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Parametric analysis</title>
<p>An extensive parametric analysis is conducted by varying several parameters that characterize the coupled mechanical system. This analysis encompasses both System 1 and System 2 and aims to highlight the role of these parameters in promoting a more informed application of the proposed improvement methods.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Variable parameters for System 1</title>
<p>After selecting the frame characteristics for the parametric analysis, the fundamental parameter to consider as a variable is the value of the virtual mass provided by the inerters. The total virtual mass <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> acting in both <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions thanks to the couples of equal inerters of virtual mass <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (acting along the <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> direction) and <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (acting along the <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> direction) (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1a</xref>) is parametrized with respect to the mass of the first level <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Equation 21</xref>:<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Therefore, for equal inerters along the <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions, follows that <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It is worth observing that, when the distribution of the virtual masses is uniform along the sides of the structures, as considered in this paper, the mass centers of both System one and System two coincide with the center of mass of the stand-alone frame structure.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Variable parameters for System 2</title>
<p>For System 2, a higher number of variable parameters than System 1 are investigated to analyse the performance of the protection method. The variable parameters considered in the analysis are.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf537">
<mml:math id="m559">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The total virtual mass <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the inerters in both the <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions (parametrized as before, <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref>)</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>For equal inerters along the <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> directions, follows that <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mspace width="1.5em"/> <mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>The total stiffness <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the external auxiliary structures along their shorter directions (assumed to be equal in both, <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equation 23</xref>)</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;or&#x2009;equivalently&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>x</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:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> refers to the total stiffness of the first level of the 3D shear-type system, assumed equal in both directions. The stiffness <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is assumed to be uniformly distributed to align the centers of mass and stiffness within each auxiliary structure (<inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>., <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>N</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:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>O</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:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>H</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:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>I</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:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; The total stiffness <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the coupling devices among the 3D shear-type system and the auxiliary structures (<xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref>)</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;or&#x2009;equivalently&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>The distribution of stiffness is considered variable to allow for adjusting the position of the stiffness center of the global coupled structure. Specifically (<xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref>):<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>,&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>,&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>Coefficients <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are suitably selected to move the global stiffness center of the coupled structure in a desired point.</p>
<p>In all the analyses the mass of the auxiliary structures are considered fixed quantities, <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Geometrical and mechanical characteristics of the 3D frame structure</title>
<p>The parametric analyses are performed on two different frame structures. <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> shows the original geometrical characteristics of the studied M-DOF frame structures, that are then modeled by two-level, 3D shear-type systems. Specifically, the columns <italic>Storeys</italic>, <italic>Area</italic>, <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> refer to actual the M-DOF frame structures. The structure labeled as Frame 1 (first row of the Table) has four identical rectangular levels, each with an area of 300 <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and dimensions <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:mn>20.0</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>15.0</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while the other, labeled as Frame 2 (second row of the Table), has five identical rectangular levels, each measuring 350 <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and with dimensions <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mn>25.0</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>14.0</mml:mn>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Both structures are assumed to have levels with uniform stiffness in both directions. Additionally, the mass centers at each level coincide, while the stiffness centers, although aligned with each other at the two levels, are offset from the mass centers.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Geometrical and mechanical characteristics of the two reference frame structures.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Frame</th>
<th align="center">
<italic>Storeys</italic>
</th>
<th align="center">
<italic>Area</italic>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>x</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:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</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>2</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<italic>Period</italic>
</th>
</tr>
<tr>
<th align="left"/>
<th align="left"/>
<th align="center">
<inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>]</th>
<th align="center">[m]</th>
<th align="center">[m]</th>
<th align="center">[kg<inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>]</th>
<th align="center">[kg<inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>]</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtext>kNm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>]</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mtext>kNm</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>]</th>
<th align="center">[s]</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Frame 1</td>
<td align="center">4</td>
<td align="center">300</td>
<td align="center">20.0</td>
<td align="center">15.0</td>
<td align="center">361.8</td>
<td align="center">1,085.4</td>
<td align="center">588,748</td>
<td align="center">280,763</td>
<td align="center">0.51</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Frame 2</td>
<td align="center">5</td>
<td align="center">350</td>
<td align="center">25.0</td>
<td align="center">14.0</td>
<td align="center">422.1</td>
<td align="center">1,688.4</td>
<td align="center">767,626</td>
<td align="center">285,132</td>
<td align="center">0.60</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The remaining columns of <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> refer to the mechanical characteristics of the two-level, 3D shear-type systems, which are dynamically equivalent to the actual structures. The previously mentioned dynamic equivalence criterion ((<xref ref-type="bibr" rid="B17">Fabrizio et al., 2017a</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Fabrizio et al., 2019</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B15">Fabrizio et al., 2017b</xref>)), used to assess the characteristics of the 3D shear-type systems, determines the values of masses and stiffnesses such that the first level corresponds to the first level of the actual structure, while the second level corresponds to the top level of the actual structure. Consequently, the displacement differences between the two levels serves as a measure of the drift in the actual structure. Columns <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> provide the masses associated to each level. It is worth noticing that in Frame 1, <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is three times <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> since the second level of the 3D shear-type system has to represent all the levels above the first. The same thing occur for the Frame 2, where <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is four times <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Columns <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>x</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:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</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>2</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the total stiffness of the two levels of the 3D shear-type system along directions <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Finally, the last column, <italic>Period</italic>, provides the fundamental oscillation period of the structures. The applied equivalence criterion ensures that both the actual structures and the 3D shear-type systems have the same oscillation period.</p>
<p>The position of the stiffness centers <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m200">
<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:math>
</inline-formula> of the 3D shear-type systems, assumed coincident at each level, is reported in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref>. The two columns provide the coordinates of <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m201">
<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:math>
</inline-formula> with respect the structural vertex <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>).</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Position of the stiffness center of the two reference frame structure.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="center">Frame</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
<tr>
<th align="left"/>
<th align="center">[m]</th>
<th align="center">[m]</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="center">Frame 1</td>
<td align="center">12.0</td>
<td align="center">6.0</td>
</tr>
<tr>
<td align="center">Frame 2</td>
<td align="center">15.0</td>
<td align="center">5.6</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>The eccentricity of the stiffness center with respect to the mass center is caused by the non-uniform distribution of stiffness among the columns along the two alignments parallel to the <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>axes. Specifically, the position of the stiffness center in <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> is determined by the following stiffness distribution (<xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Equation 26</xref>):<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.60</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.40</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.60</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.40</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.60</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xCR</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.40</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yAP</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.60</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yBQ</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.40</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Performance indexes</title>
<p>To evaluate the performance of the proposed methods, two performance indexes are introduced (<xref ref-type="disp-formula" rid="e27">Equation 27</xref>). They read:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m208">
<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>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</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:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</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:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</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:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the displacement of point <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of System 1 or System 2, whereas <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the displacement of the same point <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the stand-alone frame structure. Similarly, <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the relative displacement (total drift) between points <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of System 1 or System 2 (drift), whereas <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the same drift evaluated on the stand-alone frame structure. Therefore, <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m217">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> refers to the displacement of the first level of the structures, whereas <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m218">
<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:math>
</inline-formula> refers to the drift between the top and the first levels.</p>
<p>Two additional performance indexes related to the torsion of the structure are used to assess the performance of the protection methods (<xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Equation 28</xref>). They are defined as:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</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:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="|" close="|">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>where <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the rotations of the two levels of the System 1 or Sytem 2, whereas <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the corresponding rotations of the stand-alone frame structure. It is worth observing that <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> refers to the torsion of the first level of the structures, whereas <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> refers to torsional drift between the top and first levels.</p>
<p>With this formulation, the effectiveness of the external apparatus improves as the values of <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m226">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m227">
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> decrease relative to unity. Although no absolute engineering threshold is imposed to quantify the effectiveness of the protection systems, a response ratio significantly lower than unity (typically below 0.8) can be considered as indicative of substantial improvement, with values approaching 0.6 or lower denoting particularly effective performance.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Spectral analysis</title>
<p>The first analysis aims to investigate the impact of the total virtual mass <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the spectral characteristics of both System 1 and System 2. The periods and modal shapes of all the oscillation modes for System 1 and System 2 are obtained by varying <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then compared with those of the stand-alone structure, and the role of <inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is discussed. All the results shown in this section refer to the 3D frame structure with geometrical and mechanical characteristics of Frame 1 (see the first row of <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>).</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Periods and modes of System 1</title>
<p>Both the stand-alone 3D frame structure and System 1 are 6-DOF mechanical systems, therefore they admit six frequencies and oscillation modes. The results of the spectral analysis is reported in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, which shows the periods and modal shapes of the stand-alone frame structure (left columns), and those of the System 1 with two different total virtual mass <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Specifically, the middle column refers to the case with <inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the right column shows the case with <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In the modal shapes, the dashed line refers to the undeformed configuration, the thick solid line shows the modal displacement of the first level, whereas the thin solid line refers to the second level.The first observation concerns the fact that the mode periods increase as the virtual mass increases, producing effects similar to those achieved through base isolation (<xref ref-type="bibr" rid="B32">Mazza and Labernarda, 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B31">Mazza et al., 2024</xref>). The other notable effect is related to the role played by the virtual mass <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the modal shapes. As <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> increases, a separation of effects on the oscillation modes can be observed. Specifically, for high values of <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, only the first level exhibits significant modal displacement in the first three modes, while the second level is nearly superimposed on the first. In the second set of three modes, only the second level shows significant modal displacement, with the first level nearly superimposed on the undeformed configuration. This separation of effects between the two levels of the system clarifies the structure&#x2019;s dynamic response, enabling a more straightforward design approach.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Periods and modes of System 2</title>
<p>The spectral analysis on System 2 is performed under the hypothesis that <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>., <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</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:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.0</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xs1</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equations 23</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>). Moreover, the stiffness of the coupling devices (<inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are distributed to align the stiffness and mass centers of the first level of the coupled structure. This can be obtained with specific values of <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m246">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m247">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref>: <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m248">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m249">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> shows the frequencies and modal shapes of the stand-alone frame structure and of System 2 for two different values of <inline-formula id="inf222">
<mml:math id="m250">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The same graphical conventions as in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> are used: dashed lines represent the undeformed configuration, while thick and thin solid lines represent the first and second levels, respectively. Since the stand-alone and System 2 admit different number of modes (six and ten, respectively), in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> the modes of the stand-alone system and System 2 with similar shapes are arranged side by side.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Periods and modal shapes of system 2 with external structures equipped with inerters.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Records of kobe, newhall and parkfield events: <bold>(a)</bold> Time histories; <bold>(b)</bold> Pseudo-acceleration spectra.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g006.tif"/>
</fig>
<p>For the smallest value of <inline-formula id="inf223">
<mml:math id="m251">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf224">
<mml:math id="m252">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the first three modes of System 2 (middle column) show a slight increase in periods and exhibit shapes similar to those of the first three modes of the stand-alone structure. However, the modal amplitudes of the frame structure of System 2 are smaller than those of the stand-alone structure, with the predominant modal displacements occurring primarily in the external structures. The last three modes exhibit periods and modal shapes close to the last three of the stand-alone structure, with a negligible participation of the external auxiliary structures.</p>
<p>An increase of the virtual mass up to the value of <inline-formula id="inf225">
<mml:math id="m253">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> results in a significant increase in the periods of the first three modes. Additionally, these modes primarily affect the first level, as the modal displacements at the second level are negligible, with predominant effects mainly occurring in the external structures. Modes 5, 6, and seven exhibit periods similar to those of the first three modes of the stand-alone structure, with the predominant modal displacements concentrated at the second level. This indicates a distinct separation of modal effects between the first and second levels, as previously discussed for System 1. Finally, the last three modes of System two have periods that closely match those of the last three modes of the stand-alone structure, albeit with slightly higher modal displacements at both levels. It is noteworthy that in modes 5 to 10, the external auxiliary structures are minimally involved due to their small modal displacements. As a final remark, mode four of System two does not have a direct correspondence with the modes of the stand-alone structure. It involves the frame structure through translational displacement and the external auxiliary structures through pure torsional displacement. Also in this case, distinguishing the modal effects at each system level enhances clarity in analyzing the structure&#x2019;s dynamic response, thereby facilitating a more streamlined design process.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Seismic analysis</title>
<p>The seismic analysis is conducted by subjecting System 1 or System 2 to specific earthquake records and varying one or more parameters (see <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref>). Specifically, the parametric analysis on System 1 is carried out by evaluating the performance indexes <inline-formula id="inf226">
<mml:math id="m254">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf227">
<mml:math id="m255">
<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:math>
</inline-formula> as the total virtual mass <inline-formula id="inf228">
<mml:math id="m256">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> varies (<xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Equation 22</xref>). In contrast, for System 2, the parametric analysis is conducted by creating performance maps that display the contour plot of the performance indexes in the parameter plane <inline-formula id="inf229">
<mml:math id="m257">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf230">
<mml:math id="m258">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>., the stiffness <inline-formula id="inf231">
<mml:math id="m259">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf232">
<mml:math id="m260">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are considered variable, see <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equations 23</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>), under a specific earthquake and keeping the total virtual mass <inline-formula id="inf233">
<mml:math id="m261">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> fixed.</p>
<p>In the regions of the curves or maps where the performance indexes are less than unity, the seismic effects on System 1 and System 2 are smaller than those on the stand-alone frame structure.</p>
<sec id="s5-1">
<title>5.1 Earthquake records</title>
<p>The following earthquake records are considered in this study (<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>).<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(a) Kobe, 1995 Japan earthquake, Takarazuka station, 0 deg, ground level, position of the station: 34.8090N, 135.3440W;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(b) Northridge, Newhall, 1994 California earthquake,- LA County Fire station no.24279, 360 deg, position of the station: 34.387N, 118.530W;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(c) Parkfield, 1966 California earthquake, station no.013, comp N65E, position of the station: 35.726N, 120.287W.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>For ease of reference, each record is labeled using the underlined name provided in the list.</p>
<p>The use of three natural earthquake records (Kobe, Newhall, and Parkfield) is driven by the need for an initial evaluation of the protection system&#x2019;s performance under seismic inputs characterized by distinct spectral contents. These records are selected based on their effective use in prior studies by the authors, where they demonstrated marked differences in system dynamics due to variations in frequency content. This distinction is further supported by their pseudo-acceleration spectra, which highlight how different excitations can engage different modal responses of the structural system.</p>
<p>In this preliminary phase of the study, the earthquake records are used without scaling to a specific design spectrum or code-based intensity level. The aim is to qualitatively assess the sensitivity of the protection system to differences in seismic frequency content using natural, unmodified ground motions, thus preserving the intrinsic variability present in real earthquake data. This choice avoids potential distortions introduced by artificial scaling and is justified in the context of the linear structural model adopted in the study. Since the performance of the proposed systems is expressed through normalized response ratios (e.g., <inline-formula id="inf234">
<mml:math id="m262">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf235">
<mml:math id="m263">
<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:math>
</inline-formula>), applying uniform scaling to the input ground motions would not affect the results since both the numerator and denominator of the ratios would scale proportionally.Nonetheless, for a comprehensive assessment of practical applicability, especially for a specific structure or site, ground motions should be selected and scaled in accordance with seismic code provisions, hazard levels, and target spectra. Future developments of this research will include such extensions to enable a more rigorous, code-compliant performance evaluation of the proposed protection strategies.</p>
</sec>
<sec id="s5-2">
<title>5.2 Seismic response of System 1</title>
<p>The parametric seismic analysis involves evaluating the performance indices, <inline-formula id="inf236">
<mml:math id="m264">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf237">
<mml:math id="m265">
<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:math>
</inline-formula>, by varying the total virtual mass <inline-formula id="inf238">
<mml:math id="m266">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and using a single earthquake record. As a result, performance curves plotting the performance indexes against the total virtual mass <inline-formula id="inf239">
<mml:math id="m267">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are generated. Each graph also includes a line at unity to highlight the range of <inline-formula id="inf240">
<mml:math id="m268">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values where the proposed method effectively reduces the seismic effects on the frame structure. Specifically, in regions where the performance curves fall below this line, System one exhibits better seismic behavior than the stand-alone frame structure.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> shows the results obtained by exciting Frame 1 (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>) with the three selected earthquake records. Each graph displays two performance curves: the solid curve corresponds to the <inline-formula id="inf241">
<mml:math id="m269">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> index, while the dashed curve represents the <inline-formula id="inf242">
<mml:math id="m270">
<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:math>
</inline-formula> index. As can be observed, there are large ranges of <inline-formula id="inf243">
<mml:math id="m271">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf244">
<mml:math id="m272">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>., of <inline-formula id="inf245">
<mml:math id="m273">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) where both the indexes are less than unity, assuring good performances of System 1 respective to the stand-alone frame structure. Notably, the best performances of the two levels (identified by the minimum values of <inline-formula id="inf246">
<mml:math id="m274">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf247">
<mml:math id="m275">
<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:math>
</inline-formula>) occur for different virtual mass <inline-formula id="inf248">
<mml:math id="m276">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Specifically, to ensure optimal seismic response at the first level, the value of <inline-formula id="inf249">
<mml:math id="m277">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must be higher than that required to achieve the best response at the second level. This can be explained by noting that, at the highest values of <inline-formula id="inf250">
<mml:math id="m278">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the system exhibits a separation in the dynamics between the first and second levels, as previously discussed. Furthermore, the modes primarily involving the first level acquire longer periods, thereby shifting the dynamics into the range of periods where the earthquakes exhibit lower spectral power. In contrast, the seismic response of the second level is associated with modes that have periods falling within the range where the earthquakes exhibit the highest spectral power. Conversely, the optimal seismic response at the second level, represented by <inline-formula id="inf251">
<mml:math id="m279">
<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:math>
</inline-formula>, necessitates small values of <inline-formula id="inf252">
<mml:math id="m280">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. However, these values are found in regions where the performance index <inline-formula id="inf253">
<mml:math id="m281">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> remains significantly greater than unity. Therefore, selecting an optimal value for the virtual mass <inline-formula id="inf254">
<mml:math id="m282">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> must consider both performance indexes simultaneously. It is important to note that developing an optimal procedure for choosing the value of <inline-formula id="inf255">
<mml:math id="m283">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is not the focus of this paper. Finally, based on the results, it can be concluded that the performance trends of System one are qualitatively consistent across the three selected earthquake records, as evidenced by the similar shapes of the performance curves and the comparable ranges of the parameter <inline-formula id="inf256">
<mml:math id="m284">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in which optimal responses are observed in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. Nonetheless, some variation in the amplitude of the performance indexes is apparent, most notably for the Parkfield earthquake, where the range of <inline-formula id="inf257">
<mml:math id="m285">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values for which <inline-formula id="inf258">
<mml:math id="m286">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> exceeds unity is significantly narrower than in the other two cases.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Performance curves <inline-formula id="inf259">
<mml:math id="m287">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf260">
<mml:math id="m288">
<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:math>
</inline-formula> for system 1 under kobe, newhall, and parkfield earthquakes (Frame 1).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g007.tif"/>
</fig>
<p>The time-histories of the total displacement <inline-formula id="inf261">
<mml:math id="m289">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and drift <inline-formula id="inf262">
<mml:math id="m290">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="sec" rid="s3-4">Section 3.4</xref>), for both System one and the stand-alone structure are obtained and compared in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>. This figure shows the time-histories of the absolute value of <inline-formula id="inf263">
<mml:math id="m291">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf264">
<mml:math id="m292">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that refer to points labelled with letters <inline-formula id="inf265">
<mml:math id="m293">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf266">
<mml:math id="m294">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. Specifically, at point <inline-formula id="inf267">
<mml:math id="m295">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the performance index <inline-formula id="inf268">
<mml:math id="m296">
<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:math>
</inline-formula> reaches its minimum value, while at point <inline-formula id="inf269">
<mml:math id="m297">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the index <inline-formula id="inf270">
<mml:math id="m298">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> attains its minimum value. Each graph in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> contains two time-histories: one representing the stand-alone structure (thick grey line) and the other representing System 1 (thin black line). The system&#x2019;s behavior at point <inline-formula id="inf271">
<mml:math id="m299">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (graphs in the first row of <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>) demonstrates that the maximum drift <inline-formula id="inf272">
<mml:math id="m300">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of System 1 is smaller than that of the stand-alone structure. Conversely, the maximum displacement <inline-formula id="inf273">
<mml:math id="m301">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is larger for System 1, aligning with the performance curves in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. The time-histories referring to point <inline-formula id="inf274">
<mml:math id="m302">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (second row of <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>) show that the maximum values of both <inline-formula id="inf275">
<mml:math id="m303">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf276">
<mml:math id="m304">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for System 1 are smaller than those for the stand-alone structure, consistent with the curves in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Time-histories of the system 1 under Parkfield earthquake (Frame 1, <inline-formula id="inf277">
<mml:math id="m305">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, thin black line: System 1, thick grey line: stand-alone frame structure, <inline-formula id="inf278">
<mml:math id="m306">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20.0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>40.0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g008.tif"/>
</fig>
<p>The performance curves obtained from Frame 2 (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>) and shown in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> are qualitatively similar to those referring to Frame one that are shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. Independently from the earthquake record, the performance index <inline-formula id="inf279">
<mml:math id="m307">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> acquires the minimum value for high values of the parameter <inline-formula id="inf280">
<mml:math id="m308">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Contrarily, the performance index <inline-formula id="inf281">
<mml:math id="m309">
<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:math>
</inline-formula> reaches its minimum value for small values of <inline-formula id="inf282">
<mml:math id="m310">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As a general observation, the efficiency of using inerter devices to enhance seismic behavior decreases as the dimensions of the frame structure, and in particular its height, increase. The observed reduction in performance is primarily associated with the relatively low installation level selected for the connection of the protection system. Inerters or auxiliary structural elements exert a direct influence on the displacement of the first storey, contributing to a modal regularization that effectively limits top-storey displacements. However, as the height of the structure increases (i.e., with a greater number of storeys), the influence of this indirect effect tends to diminish due to the increasing structural flexibility and mode complexity.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Performance curves <inline-formula id="inf283">
<mml:math id="m311">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf284">
<mml:math id="m312">
<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:math>
</inline-formula> for system one under kobe, newhall, and parkfield earthquakes (Frame 2).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5-3">
<title>5.3 Seismic response of System 2</title>
<p>The parametric seismic analysis involves mapping the values of the performance indexes, <inline-formula id="inf285">
<mml:math id="m313">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf286">
<mml:math id="m314">
<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:math>
</inline-formula> (or <inline-formula id="inf287">
<mml:math id="m315">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf288">
<mml:math id="m316">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula>), onto the parameter plane defined by <inline-formula id="inf289">
<mml:math id="m317">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf290">
<mml:math id="m318">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Equations 23</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>, respectively) using a single earthquake record and for a fixed value of the virtual mass <inline-formula id="inf291">
<mml:math id="m319">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. This process generates performance maps, which are contour plots illustrating the distribution of <inline-formula id="inf292">
<mml:math id="m320">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf293">
<mml:math id="m321">
<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:math>
</inline-formula> across the <inline-formula id="inf294">
<mml:math id="m322">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> parameter&#x2019;s plane. To enhance readability, the contour levels are delineated using a specific greyscale scheme, where lighter shades correspond to smaller values of the performance indices. A better seismic performance of System two than the stand-alone frame structure is observed within regions of the maps characterized by clearer greyscale tones. These areas indicate a superior system performance, as denoted by lower values of the performance indexes <inline-formula id="inf295">
<mml:math id="m323">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf296">
<mml:math id="m324">
<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:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The first performance maps presented are those referring to Frame 1 (see <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>), excited by Parkfield earthquake, are obtained. The stiffness of the coupling devices (<inline-formula id="inf297">
<mml:math id="m325">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xBL</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf298">
<mml:math id="m326">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">xDM</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf299">
<mml:math id="m327">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yCE</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf300">
<mml:math id="m328">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">yDF</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) are distributed to align the stiffness and mass centers of the first level of the coupled structure. Since, the sum <inline-formula id="inf301">
<mml:math id="m329">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of these stiffnesses in each direction is related to the first-level stiffness, <inline-formula id="inf302">
<mml:math id="m330">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (or <inline-formula id="inf303">
<mml:math id="m331">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>) through the parameter <inline-formula id="inf304">
<mml:math id="m332">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (see <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">Equation 24</xref>), the distribution of the coupling stiffnesses directly depends on this parameter. Specifically, the parameters <inline-formula id="inf305">
<mml:math id="m333">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf306">
<mml:math id="m334">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> appearing in <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Equation 25</xref> read (<xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Equation 29</xref>):<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m335">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> shows the performance maps, arranged in matrix form. Specifically, along the rows the maps refer to different values of <inline-formula id="inf307">
<mml:math id="m336">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, whereas along the columns the maps refer to the two performance indexes <inline-formula id="inf308">
<mml:math id="m337">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf309">
<mml:math id="m338">
<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:math>
</inline-formula>. In the regions colored with uniform grey the performance indexes are higher than unity, therefore no advantage in using the proposed method occurs. It should be noted that the grayscale levels used in the performance maps are independently scaled for each figure, as they are adapted to the specific range of values of the performance index displayed. Consequently, no uniform colormap bar is shown. These maps are intended to qualitatively highlight regions of improved performance, with lighter shades indicating lower index values relative to the stand-alone case, rather than to serve as absolute design charts. The analysis reveals that the size of the advantage regions, where the performance indexes are less than unity, as well as the values of the indexes themselves, depend on the virtual mass <inline-formula id="inf310">
<mml:math id="m339">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. An increase in this parameter has opposing effects on the two indexes. Specifically, as <inline-formula id="inf311">
<mml:math id="m340">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> increases, the advantage regions in the <inline-formula id="inf312">
<mml:math id="m341">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> map expand, while those in the <inline-formula id="inf313">
<mml:math id="m342">
<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:math>
</inline-formula> map contract. Additionally, an increase in <inline-formula id="inf314">
<mml:math id="m343">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> generally leads to a decrease in the values of <inline-formula id="inf315">
<mml:math id="m344">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and an increase in those of <inline-formula id="inf316">
<mml:math id="m345">
<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:math>
</inline-formula>. The spectral analysis in <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> provides insights into the dependence of the maps on the value of <inline-formula id="inf317">
<mml:math id="m346">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For high values of <inline-formula id="inf318">
<mml:math id="m347">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, there is a form of modal decoupling between the two levels of the frame system. The modes that primarily involve the first level acquire a longer period, shifting their dynamics outside the range where the earthquake has higher spectral power. Consequently, the seismic effects on the first level are less severe. Conversely, the modes involving the second level acquire periods that fall within ranges where the earthquake has higher spectral power, leading to more intense excitation. Therefore, in general, it is not possible to find a pair of values for the parameters <inline-formula id="inf319">
<mml:math id="m348">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf320">
<mml:math id="m349">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that minimize both performance indices simultaneously. The optimal results should be sought for moderate values of <inline-formula id="inf321">
<mml:math id="m350">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where the best trade-off between the performance indices can be achieved.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>FIGURE 10</label>
<caption>
<p>Performance maps <inline-formula id="inf322">
<mml:math id="m351">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf323">
<mml:math id="m352">
<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:math>
</inline-formula> for system two under parkfield earthquake (Frame 1).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g010.tif"/>
</fig>
<p>It is of great interest to evaluate the effects occurring from the coincidence between the stiffness and mass centers at the first level. Therefore, while the results shown in the previous <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> are obtained considering this coincidence, in <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11</xref> the performance maps with and without such coincidence are compared. The results refer to Frame 1, excited by Parkfield earthquake, and fixed <inline-formula id="inf324">
<mml:math id="m353">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Also in this figure a matrix arrangement of the maps is used. The first two rows (<xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11a</xref>) refer to maps obtained with and without coincidence between the stiffness and mass centers. As observed, this coincidence primarily affects the drift of the frame structure, as the advantage region in the <inline-formula id="inf325">
<mml:math id="m354">
<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:math>
</inline-formula> map expands and the values of <inline-formula id="inf326">
<mml:math id="m355">
<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:math>
</inline-formula> decrease.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>FIGURE 11</label>
<caption>
<p>Effects of the centering of the mass and stiffness centers: <bold>(a)</bold> Performance maps <inline-formula id="inf327">
<mml:math id="m356">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf328">
<mml:math id="m357">
<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:math>
</inline-formula> for System two under Parkfield earthquake; <bold>(b)</bold> Performance maps <inline-formula id="inf329">
<mml:math id="m358">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf330">
<mml:math id="m359">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> for system two under Parkfield earthquake (Frame 1, <inline-formula id="inf331">
<mml:math id="m360">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g011.tif"/>
</fig>
<p>The coinciden&#x5c;ce between the stiffness and mass centers at the first level has a limited effect on the <inline-formula id="inf332">
<mml:math id="m361">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> index, as the corresponding maps remain qualitatively similar in their overall trends and advantage regions. However, notably, the case without alignment shows a local minimum in the region of higher <inline-formula id="inf333">
<mml:math id="m362">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf334">
<mml:math id="m363">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values, suggesting the emergence of particularly favorable configurations in that portion of the parameter space. The performance indexes <inline-formula id="inf335">
<mml:math id="m364">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf336">
<mml:math id="m365">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> provide interesting information about the torsion of the first level and the torsional drift of the second level of the frame structure. <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11b</xref> compares the performance <inline-formula id="inf337">
<mml:math id="m366">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf338">
<mml:math id="m367">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> maps obtained with and without the coincidence between stiffness and mass centers. The results show that this coincidence significantly reduces the torsion at the first level, as the advantage region increases and the values of <inline-formula id="inf339">
<mml:math id="m368">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula> decrease. Conversely, the torsional drift, measured by <inline-formula id="inf340">
<mml:math id="m369">
<mml:mrow>
<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:math>
</inline-formula>, remains largely unchanged. As expected, since the coincidence between the stiffness and mass centers occurs only at the first level, the improvement in torsional effects is primarily noticeable at the first level. Nevertheless, there is also a simultaneous, notable improvement in the overall drift of the frame structure.</p>
<p>To further assess the effectiveness of System two in mitigating seismic effects, Frame 1 with a total virtual mass of <inline-formula id="inf341">
<mml:math id="m370">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is also subjected to excitation from the Kobe and Newhall earthquake records. The corresponding performance maps, reported in <xref ref-type="fig" rid="F12">Figure 12</xref>, complement the results previously obtained under the Parkfield earthquake and shown in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref> (second row) and <xref ref-type="fig" rid="F11">Figure 11a</xref> (second row). These additional maps confirm that System two maintains its protective capabilities across earthquakes characterized by distinct spectral contents. TextcolormagentaConsistently across the three seismic inputs, the maps reveal a broad region within the <inline-formula id="inf342">
<mml:math id="m371">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2013;<inline-formula id="inf343">
<mml:math id="m372">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> parameter space where both performance indices <inline-formula id="inf344">
<mml:math id="m373">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf345">
<mml:math id="m374">
<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:math>
</inline-formula> are significantly below unity, denoting a simultaneous reduction of first-level displacements and inter-storey drift. Although slight variations in the extent and location of these favorable regions are observed, likely due to the different dominant frequency bands of the earthquakes, the overall trend supports the robustness of the adopted protection strategy. TextcolormagentaMore specifically, the Kobe earthquake induces slightly larger values of the performance indices compared to Parkfield, with optimal regions shifting slightly toward higher values of <inline-formula id="inf346">
<mml:math id="m375">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In contrast, the Newhall excitation produces performance contours similar in structure to those from the Parkfield case, although the drift index <inline-formula id="inf347">
<mml:math id="m376">
<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:math>
</inline-formula> exhibits more sensitivity to variations in the external structure stiffness <inline-formula id="inf348">
<mml:math id="m377">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These findings emphasize the adaptability of System two under real earthquake conditions and reinforce the idea that optimal tuning of the auxiliary system can be maintained within practical ranges of stiffness ratios.</p>
<fig id="F12" position="float">
<label>FIGURE 12</label>
<caption>
<p>Performance maps <inline-formula id="inf349">
<mml:math id="m378">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf350">
<mml:math id="m379">
<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:math>
</inline-formula> for System two under the Kobe and Newhall earthquakes (Frame 1, <inline-formula id="inf351">
<mml:math id="m380">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g012.tif"/>
</fig>
<p>The performance maps for Frame 2, subjected to seismic excitation from the three selected earthquakes, are presented in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref>. All results are obtained for a fixed value of the total virtual mass <inline-formula id="inf352">
<mml:math id="m381">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. These maps provide a comprehensive overview of the performance of System two when applied to a taller frame structure. Across all earthquake scenarios, System two consistently demonstrates its ability to reduce both the displacement at the base level and the inter-storey drift, confirming its applicability beyond the smaller prototype frame.</p>
<fig id="F13" position="float">
<label>FIGURE 13</label>
<caption>
<p>Performance maps <inline-formula id="inf353">
<mml:math id="m382">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf354">
<mml:math id="m383">
<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:math>
</inline-formula> for System two under Kobe, Newhall, and Parkfield earthquakes (Frame 5p, <inline-formula id="inf355">
<mml:math id="m384">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g013.tif"/>
</fig>
<p>Nonetheless, the maps also reveal that the regions of optimal performance vary depending on the specific performance index considered. In particular, the minima of the displacement performance index <inline-formula id="inf356">
<mml:math id="m385">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the drift performance index <inline-formula id="inf357">
<mml:math id="m386">
<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:math>
</inline-formula> do not coincide in the <inline-formula id="inf358">
<mml:math id="m387">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-<inline-formula id="inf359">
<mml:math id="m388">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> parameter space. This divergence indicates that no single combination of coupling and external stiffness values simultaneously optimizes both metrics. As a result, the design strategy for System two must account for this inherent trade-off, selecting parameter configurations that balance the reduction in first-level displacements with the control of structural drift. Such balance is especially critical in taller buildings, where different vibration modes may dominate the response depending on the excitation frequency content and structural configuration.</p>
<p>Finally, to understand how the coupling with external auxiliary structures works in reducing the seismic effects on frame structures, the time-histories of systems represented by labels <inline-formula id="inf360">
<mml:math id="m389">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf361">
<mml:math id="m390">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F13">Figure 13</xref> are obtained and discussed. <xref ref-type="fig" rid="F14">Figure 14</xref> show such time-histories, arranged in matrix form. Specifically, rows refer to the different systems labeled with <inline-formula id="inf362">
<mml:math id="m391">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf363">
<mml:math id="m392">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while columns refer to displacements along the <inline-formula id="inf364">
<mml:math id="m393">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> or <inline-formula id="inf365">
<mml:math id="m394">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>axis. Each graph contains three curves that represent the following: the displacement of point <inline-formula id="inf366">
<mml:math id="m395">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the first level of the frame structure (<inline-formula id="inf367">
<mml:math id="m396">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf368">
<mml:math id="m397">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction and <inline-formula id="inf369">
<mml:math id="m398">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf370">
<mml:math id="m399">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction), the displacement of point <inline-formula id="inf371">
<mml:math id="m400">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on one of the external structures (<inline-formula id="inf372">
<mml:math id="m401">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf373">
<mml:math id="m402">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction and <inline-formula id="inf374">
<mml:math id="m403">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf375">
<mml:math id="m404">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction), and the drift between point <inline-formula id="inf376">
<mml:math id="m405">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at the second level of the frame structure and point <inline-formula id="inf377">
<mml:math id="m406">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf378">
<mml:math id="m407">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf379">
<mml:math id="m408">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction and <inline-formula id="inf380">
<mml:math id="m409">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the <inline-formula id="inf381">
<mml:math id="m410">
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-direction). These points are all clearly indicated in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. As can be observed, at point <inline-formula id="inf382">
<mml:math id="m411">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the map, the minimum value of the performance index <inline-formula id="inf383">
<mml:math id="m412">
<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:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> occurs. The time-histories show that the two levels of the frame structure move in-phase with each other, while the external auxiliary structure moves almost in counter-phase to the entire frame structure. In this case, the external structure works as a tuned mass damper for the structure being protected. Conversely, <inline-formula id="inf384">
<mml:math id="m413">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is located at a point of minimum value for the index <inline-formula id="inf385">
<mml:math id="m414">
<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:math>
</inline-formula>. Here, the time-histories reveal that the first level and the external structure are in-phase with one another, whereas the second level moves primarily in counter-phase relative to all other components of System 2. Therefore, it can be concluded that both the first level and the external structure act as tuned mass dampers for the second level.</p>
<fig id="F14" position="float">
<label>FIGURE 14</label>
<caption>
<p>Time-histories of the System two under Newhall earthquake (Frame 5p, <inline-formula id="inf386">
<mml:math id="m415">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf387">
<mml:math id="m416">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2261;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>5.0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.6</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>).</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fbuil-11-1607520-g014.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s5-4">
<title>5.4 Final remarks</title>
<p>System one adds only the inerter devices to the stand-alone structure. By appropriately distributing the virtual masses along the sides of the frame, the structure&#x2019;s center of mass can shift to any desired point. A notable choice could be to align the center of mass with the center of stiffness at the first level of the structure. Notably, base isolation has an opposite effect on the protected system, as it can shift the center of stiffness of the isolated level to align with the structure&#x2019;s center of mass. However, the benefits provided by inerter devices are accompanied by certain limitations. Specifically, shifting the center of mass at the first level leaves the center of mass of the second level (<inline-formula id="inf388">
<mml:math id="m417">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>., of the superstructure) unchanged. As a result, the seismic inertial forces acting on the superstructure&#x2019;s center of mass, which are eccentric relative to the seismic forces at the first level, induce significant torsional effects on the first level. Numerical simulations conducted to explore this aspect confirmed the validity of this conclusion. For the sake of brevity, these simulations are not presented in the paper.</p>
<p>In contrast, System two is derived from the stand-alone structure by adding both structural elements with appropriate stiffness and virtual masses through inerter devices. This approach enhances the ability to modify the characteristics of the coupled structure. Specifically, beyond the capacity to shift the mass center, as explained above, there is also the possibility to adjust the stiffness center to align it with the mass center of the structure. This coincidence can be achieved by appropriately distributing the stiffness of the external auxiliary structures. As previously mentioned, this mechanism is similar to that provided by base isolation. Such capability enhances the performance of System two compared to System 1, as confirmed by the numerical simulations shown in <xref ref-type="sec" rid="s5-3">Section 5.3</xref>.</p>
<p>However, the virtual mass of the inerter device needs to be sufficiently large to significantly alter the structural modes. When the virtual mass reaches 50 times the mass of the first floor, it may correspond to 10 times the total mass of the structure. Even considering the mass amplification effect of the inerter device, achieving such magnitude is quite challenging. Additionally, employing additional stiffness or reducing stiffness (seismic isolation) may provide a more cost-effective and feasible means to adjust the center of stiffness. Consequently, the practical implementation of the studied protection strategy would be justified only in cases when interventions on the internal part of the building to be protected are prohibitive and there is a compelling need to operate on the outside of the structure.</p>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s6">
<title>6 Conclusion</title>
<p>Using low-dimensional mechanical models is a classical approach in Structural Mechanics to capture the predominant dynamic and seismic response of actual structures. Often, such models are employed to investigate the effectiveness of various external devices in enhancing the dynamic and seismic performance of different types of structures. Typically, these studies utilize planar models to capture the primary in-plane seismic response of frame structures.</p>
<p>In this paper, a low-dimensional spatial model has been used to investigate the seismic response of a general frame structure. This model represents a two-level frame structure, assuming the floor slabs are infinitely rigid within their own plane. Consequently, the model has six degrees of freedom, three for each level. The mechanical properties of the low-dimensional model have been calibrated to be dynamically equivalent to actual structures, using an established equivalence criterion.</p>
<p>Two different methods for enhancing the seismic response of a three-dimensional (3D) frame structure have been proposed. The first approach involves directly attaching inerter devices to the structure, while the second connects the structure to external auxiliary structures equipped with inerters. The developed 3D model enabled a detailed examination of the torsional effects acting on the frame structure and the effectiveness of both methods in reducing these torsional effects.</p>
<p>The equations of motion for three distinct mechanical systems have been derived using a Lagrangian approach. Specifically, the first system pertains to the stand-alone frame structure; the second incorporates inerter devices applied directly to the first level of the frame; and the third involves external auxiliary structures connected to the first level, each equipped with inerter devices.</p>
<p>The responses of the original stand-alone frame structure and those with the two proposed methods have been compared to assess the effectiveness of each approach. Three different earthquake records have been used as base excitation. These records were chosen due to their proven ability in previous studies by the authors to induce distinct dynamic responses, attributed to their differing spectral characteristics.</p>
<p>The results have been presented in performance curves and maps, illustrating the outcomes of an extensive parametric analysis in terms of the frame structure&#x2019;s displacements and drifts.</p>
<p>The main elements of novelty of the proposed research can be summarised as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; A low-dimensional, dynamically equivalent 3D mechanical model of an actual frame structure has been used to evaluate the seismic response, also accounting for the structural torsional motion.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022;Two original, distinct structural schemes, both incorporating inerter devices, have been developed with the aim of reducing the seismic response of a frame structure.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022;The effects on the seismic response due to the alignment of the stiffness and mass centers of the structure by adjusting the distribution of virtual mass and stiffness in the inerter devices and external auxiliary structures have been investigated.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The analyses performed to verify the effectiveness of the proposed protection methods led to the following relevant findings.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022;Both the proposed structural schemes, named System one and System 2, perform efficiently since they both reduce the seismic response of the frame structure in a wide range of their mechanical parameters.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022;The maximum reductions of the displacement of the first level (that is directly connected to the inerters or the external structure) and the drift of the superstructure never occur for the same values of the parameters. Therefore, design choices have to achieve a trade-off between these two objectives.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022;The ability to align the mass center with the stiffness centers at the first level by appropriately adjusting the distribution of virtual masses provided by the inerters results in worse structural performance compared to the stand-alone frame structure.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022;The capability offered exclusively by System two to align the stiffness and mass centers of the structure, achieved by appropriately distributing the stiffness of the external structures, leads to an improved seismic performance by reducing both displacements and torsional effects at each level.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>For a comprehensive assessment of practical applicability on a specific structure, several limitations of the proposed approach should be addressed. In particular, ground motions should be selected and scaled according to seismic code provisions, hazard levels, and target spectra. Future research will address this by incorporating code-compliant inputs for more rigorous performance evaluation of the proposed protection systems. A second issued to be addressed is the assumption of infinitely rigid floor diaphragms that is not suitable for structure with significant floor deformability, such as structures having internal courts or timber structures. For these structures, the floor deformability makes the structure unsuitable for the proposed protection mechanism. Additionally, the current analysis assumes linear behavior for both the structure and damping devices to enable clearer interpretation of the fundamental mechanisms. While this is appropriate for preliminary studies, future work will consider nonlinear effects to improve realism and applicability under extreme seismic demands. Notably, the proposed strategy for enhancing the seismic performance of 3D frame structures could also be applied to improve the performance of piping systems, and ongoing studies are investigating this potential application.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>AD: Writing &#x2013; original draft, Formal Analysis, Writing &#x2013; review and editing, Investigation, Software, Visualization, Conceptualization. AC: Visualization, Writing &#x2013; review and editing, Formal Analysis, Investigation, Conceptualization, Writing &#x2013; original draft.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s9">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that financial support was received for the research and/or publication of this article. This work is partially funded by the European Union - Next-Generation EU, Mission 4 Component 2 Investment 1.1, in the framework of the project PRIN 2022 PNRR, &#x5c;P2022ZT5X5 - SmartUnder-Ground Infra-Structures for Secure Communities and Post-Disaster Emergency Response: Eco-Friendly Seismic Protection Solutions&#x201d; (CUP: E53D2301762 0001, University of L&#x26;apos;Aquila.The research in this paper was partially sponsored by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. W2433120).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<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="ai-statement" id="s11">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Generative AI was used in the creation of this manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s12">
<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 sec-type="supplementary-material" id="s13">
<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.2025.1607520/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbuil.2025.1607520/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="Supplementaryfile1.pdf" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="book">
<collab>American Society of Civil Engineers</collab> (<year>2022</year>). <source>Minimum design loads and associated criteria for buildings and other structures</source>. <publisher-loc>Reston, Virginia</publisher-loc>. <comment>asce/sei 7-22 edition</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Anagnostopoulos</surname>
<given-names>S. A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kyrkos</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stathopoulos</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Earthquake induced torsion in buildings: critical review and state of the art</article-title>. <source>Earthq. Struct.</source> <volume>8</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>305</fpage>&#x2013;<lpage>377</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12989/eas.2015.8.2.305</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Botis</surname>
<given-names>M. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cerbu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shi</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). &#x201c;<article-title>Study on the reduction of the general/overall torsion on multi-story, rectangular, reinforced concrete structures</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the 3rd China-Romania science and technology seminar (CRSTS)</source> (<publisher-loc>Brasov, Romania</publisher-loc>: <publisher-name>Transilvania University</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Brzeski</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kapitaniak</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Perlikowski</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Novel type of tuned mass damper with inerter which enables changes of inertance</article-title>. <source>J. Sound Vib.</source> <volume>349</volume>, <fpage>56</fpage>&#x2013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsv.2015.03.035</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Dadkhah</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamgar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heidarzadeh</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jakubczyk-Ga&#x142;czy&#x144;ska</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jankowski</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Improvement of performance level of steel moment-resisting frames using tuned mass damper system</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>10</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>3403</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app10103403</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De Domenico</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Impollonia</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ricciardi</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Soil-dependent optimum design of a new passive vibration control system combining seismic base isolation with tuned inerter damper</article-title>. <source>Soil Dyn. Earthq. Eng.</source> <volume>105</volume>, <fpage>37</fpage>&#x2013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.soildyn.2017.11.023</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De Domenico</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ricciardi</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>An enhanced base isolation system equipped with optimal tuned mass damper inerter (TMDI)</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>47</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>1169</fpage>&#x2013;<lpage>1192</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3011</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>De la Llera</surname>
<given-names>J. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chopra</surname>
<given-names>A. K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Understanding the inelastic seismic behaviour of asymmetric&#x2010;plan buildings</article-title>. <source>Earthq. Eng. and Struct. Dyn.</source> <volume>24</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>549</fpage>&#x2013;<lpage>572</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.4290240407</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Den Hartog</surname>
<given-names>J.-P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1956</year>). <source>Mechanical vibrations</source>. <edition>4th edn</edition>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>McGraw-Hill</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Contento</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Improvement of the dynamic and seismic behaviour or rigid block-like structures with a hysteretic mass damper coupled with an inerter</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>127</volume> (<issue>22</issue>), <fpage>11527</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app122211527</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Contento</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Seismic benefits from coupling frame structures with a hysteretic mass damper inerter</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>13</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>5017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app13085017</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pagliaro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Contento</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022a</year>). <article-title>Elasto-plastic short exoskeleton to improve the dynamic and seismic performance of frame structures</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>12</volume> (<issue>20</issue>), <fpage>10398</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app122010398</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pagliaro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Contento</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022b</year>). <article-title>Seismic benefits of deformable connections between a frame structure and an external structure with inerter</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>256</volume>, <fpage>114025</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2022.114025</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pagliaro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Contento</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Seismic performance of frame structure with hysteretic intermediate discontinuity</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>13</volume>, <fpage>5373</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app13095373</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fabrizio</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Leo</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017b</year>). <article-title>Structural disconnection as a general technique to improve the dynamic and seismic response of structures: a basic model</article-title>. <source>Procedia Eng.</source> <volume>199</volume>, <fpage>1635</fpage>&#x2013;<lpage>1640</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.proeng.2017.09.086</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fabrizio</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Leo</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Tuned mass damper and base isolation: a unitary approach for the seismic protection of conventional frame structures</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>145</volume> (<issue>4</issue>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)em.1943-7889.0001581</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fabrizio</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>de Leo</surname>
<given-names>A. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017a</year>). <article-title>Top disconnection versus base disconnection in structures subjected to harmonic base excitation</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>152</volume>, <fpage>660</fpage>&#x2013;<lpage>670</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2017.09.041</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Giaralis</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Taflanidis</surname>
<given-names>A. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Optimal tuned mass-damper-inerter (TMDI) design for seismically excited MDOF structures with model uncertainties based on reliability criteria</article-title>. <source>Struct. Control Health Monit.</source> <volume>25</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>e2082</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/stc.2082</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Harbic</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cismas</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dubasaru</surname>
<given-names>V.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Botis</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Aspects regarding reduction of general torsion in the structures of the bra&#x15f;ov campus</article-title>. <source>Bull. Transilvania Univ. Bra&#x15f;ov, Ser. I Eng. Sci.</source> <volume>4</volume>, <fpage>153</fpage>&#x2013;<lpage>160</lpage>. <comment>Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://webbut.unitbv.ro/index.php/Series_I/article/view/6200">https://webbut.unitbv.ro/index.php/Series_I/article/view/6200</ext-link>
</comment>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kamgar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dadkhah</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heidarzadeh</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Seidali Javanmardi</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2025</year>). <article-title>Utilizing tuned mass damper for reduction of seismic pounding between two adjacent buildings with different dynamic characteristics</article-title>. <source>Soil Dyn. Earthq. Eng.</source> <volume>188</volume>, <fpage>109036</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.soildyn.2024.109036</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kamgar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gholami</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zarif Sanayei</surname>
<given-names>H. R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heidarzadeh</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Modified tuned liquid dampers for seismic protection of buildings considering soil-structure interaction effects</article-title>. <source>Iran. J. Sci. Technol. Trans. Civ. Eng.</source> <volume>44</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>339</fpage>&#x2013;<lpage>354</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40996-019-00302-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kamgar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Samea</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khatibinia</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Optimizing parameters of tuned mass damper subjected to critical earthquake</article-title>. <source>Struct. Des. Tall Special Build.</source> <volume>27</volume> (<issue>7</issue>), <fpage>e1460</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/tal.1460</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kelly</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>Base isolation: linear theory and design</article-title>. <source>Earthq. Spectra</source> <volume>6</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>223</fpage>&#x2013;<lpage>244</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1193/1.1585566</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Khatibinia</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gholami</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamgar</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Optimal design of tuned mass dampers subjected to continuous stationary critical excitation</article-title>. <source>Int. J. Dyn. Control</source> <volume>6</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>1094</fpage>&#x2013;<lpage>1104</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40435-017-0386-7</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lim</surname>
<given-names>H. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kang</surname>
<given-names>J. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pak</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chi</surname>
<given-names>H. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>Y. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kim</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Seismic response of a three-dimensional asymmetric multi-storey reinforced concrete structure</article-title>. <source>Appl. Sci.</source> <volume>8</volume>, <fpage>479</fpage>. <comment>[Green Version]</comment>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/app8040479</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Makris</surname>
<given-names>N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kampas</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Seismic protection of structures with supplemental rotational inertia</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>142</volume> (<issue>11</issue>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)em.1943-7889.0001152</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>M&#xe1;laga-Chuquitaype</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Strong-motion duration and response scaling of yielding and degrading eccentric structures</article-title>. <source>Earthq. Eng. and Struct. Dyn.</source> <volume>50</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>123</fpage>&#x2013;<lpage>137</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3350</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Manish</surname>
<given-names>A. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Syed</surname>
<given-names>Z. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Seismic analysis of torsional irregularity in multi-storey symmetric and asymmetric buildings</article-title>. <source>Eurasian J. Anal. Chem.</source> <volume>13</volume>, <fpage>286</fpage>&#x2013;<lpage>292</lpage>. <comment>Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://eurasianjournals.com/index.php/ej/article/view/847/847">https://eurasianjournals.com/index.php/ej/article/view/847/847</ext-link>
</comment>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<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>2014</year>). <article-title>Optimal design of a novel tuned mass-damper-inerter (TMDI) passive vibration control configuration for stochastically support-excited structural systems</article-title>. <source>Probabilistic Eng. Mech.</source> <volume>38</volume>, <fpage>156</fpage>&#x2013;<lpage>164</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.probengmech.2014.03.007</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Maske</surname>
<given-names>S. G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pajgade</surname>
<given-names>P. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Torsional behaviour of asymmetrical buildings</article-title>. <source>Int. J. Mod. Eng. Res. (IJMER)</source> <volume>3</volume>, <fpage>1146</fpage>&#x2013;<lpage>1149</lpage>. <comment>Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ijmer.com">http://www.ijmer.com</ext-link>
</comment>.</citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazza</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Donnici</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Labernarda</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Structural and non-structural numerical blind prediction of shaking table experimental tests on fixed-base and base-isolated hospitals</article-title>. <source>Earthq. Eng. and Struct. Dyn.</source> <volume>53</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>2961</fpage>&#x2013;<lpage>2987</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.4146</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mazza</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Labernarda</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Internal pounding between structural parts of seismically isolated buildings</article-title>. <source>J. Earthq. Eng.</source> <volume>26</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>5175</fpage>&#x2013;<lpage>5203</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/13632469.2020.1866122</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Miranda</surname>
<given-names>J. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>On tuned mass dampers for reducing the seismic response of structures</article-title>. <source>Earthq. Engng. Struct. Dyn.</source> <volume>34</volume> (<issue>7</issue>), <fpage>847</fpage>&#x2013;<lpage>865</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.461</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Osteraas</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Krawinkler</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1989</year>). <article-title>The Mexico earthquake of september 19, 1985&#x2014;behavior of steel buildings</article-title>. <source>Earthq. Spectra</source> <volume>5</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>51</fpage>&#x2013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1193/1.1585511</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pagliaro</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di Egidio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022a</year>). <article-title>Archetype dynamically equivalent 3-d.o.f. model to evaluate seismic performances of intermediate discontinuity in frame structures</article-title>. <source>J. Eng. Mech.</source> <volume>148</volume> (<issue>3</issue>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1061/(asce)em.1943-7889.0002083</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pelletier</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Leger</surname>
<given-names>P.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Nonlinear seismic modeling of reinforced concrete cores including torsion</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>136</volume>, <fpage>380</fpage>&#x2013;<lpage>392</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2017.01.042</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B37">
<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>Basili</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Optimal design and performance evaluation of systems with tuned mass damper inerter (TMDI)</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>46</volume> (<issue>8</issue>), <fpage>1367</fpage>&#x2013;<lpage>1388</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.2861</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<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>Basili</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A generalized 2-DOF model for optimal design of MDOF structures controlled by Tuned Mass Damper Inerter (TMDI)</article-title>. <source>Int. J. Mech. Sci.</source> <volume>185</volume>, <fpage>105849</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijmecsci.2020.105849</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Prakash</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jangid</surname>
<given-names>R. S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Optimum parameters of tuned mass damper-inerter for damped structure under seismic excitation</article-title>. <source>Int. J. Dyn. Control</source> <volume>10</volume>, <fpage>1322</fpage>&#x2013;<lpage>1336</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40435-022-00911-x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rana</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Soong</surname>
<given-names>T. T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1998</year>). <article-title>Parametric study and simplified design of tuned mass dampers</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>20</volume> (<issue>31</issue>), <fpage>193</fpage>&#x2013;<lpage>204</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0141-0296(97)00078-3</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Reggio</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>De Angelis</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Optimal energy-based seismic design of non-conventional Tuned Mass Damper (TMD) implemented via inter-story isolation</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>44</volume> (<issue>10</issue>), <fpage>1623</fpage>&#x2013;<lpage>1642</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.2548</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rutenberg</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1992</year>). <source>Nonlinear response asymmetric building structures and seismic codes: a state of the art review</source>. <publisher-loc>Amsterdam, Netherlands</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>, <fpage>328</fpage>&#x2013;<lpage>356</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Salimi</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kamgar</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heidarzadeh</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2021</year>). <article-title>An evaluation of the advantages of friction tmd over conventional tmd</article-title>. <source>Innov. Infrastruct. Solutions</source> <volume>6</volume> (<issue>95</issue>), <fpage>95</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s41062-021-00473-5</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Takewaki</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Moustafa</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fujita</surname>
<given-names>K.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <source>Improving the earthquake resilience of buildings: the worst-case approach</source>. <publisher-loc>Heidelberg, Germany</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Taniguchi</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Der Kiureghian</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Melkumyan</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Effect of tuned mass damper on displacement demand of base-isolated structures</article-title>. <source>Eng. Struct.</source> <volume>30</volume> (<issue>12</issue>), <fpage>3478</fpage>&#x2013;<lpage>3488</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2008.05.027</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Thiers-Moggia</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>M&#xe1;laga-Chuquitaype</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Seismic protection of rocking structures with inerters</article-title>. <source>Earthq. Eng. Struct. Dyn.</source> <volume>48</volume> (<issue>5</issue>), <fpage>528</fpage>&#x2013;<lpage>547</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.3147</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tsai</surname>
<given-names>H.-H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1995</year>). <article-title>The effect of tuned-mass dampers on the seismic response of base-isolated structures</article-title>. <source>Int. J. Solid Struct.</source> <volume>32</volume> (<issue>8/9</issue>), <fpage>1195</fpage>&#x2013;<lpage>1210</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0020-7683(94)00150-u</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.-S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hwang</surname>
<given-names>S.-J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chang</surname>
<given-names>K.-C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>M.-H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>B. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Analytical and experimental studies on midstory isolated buildings with modal coupling effect</article-title>. <source>Earthq. Engng. Struct. Dyn.</source>, <volume>42</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>201</fpage>&#x2013;<lpage>219</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/eqe.2203</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zalka</surname>
<given-names>K. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2001</year>). <article-title>A simplified method for calculation of the natural frequencies of wall-frame buildings</article-title> <source>Eng. Struct.</source> <volume>23</volume>, <fpage>1544</fpage>&#x2013;<lpage>1555</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0141-0296(01)00053-0</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>