Оперативный модальный анализ
Идентификация мод окружающей среды , также известная как операционный модальный анализ ( OMA ), направлена на идентификацию модальных свойств конструкции на основе данных о вибрации, собранных, когда конструкция находится в рабочих условиях, т. е. при отсутствии начального возбуждения или известного искусственного возбуждения. Модальные свойства конструкции включают, прежде всего, собственные частоты , коэффициенты затухания и формы колебаний . При испытании на вибрацию окружающей среды исследуемая конструкция может находиться под воздействием различных источников возбуждения, которые не измеряются, но считаются «широкополосными случайными». Последнее представляет собой понятие, которое необходимо применять при разработке метода внешней идентификации. Конкретные допущения варьируются от одного метода к другому. Однако независимо от используемого метода правильная модальная идентификация требует, чтобы спектральные характеристики измеряемого отклика отражали свойства мод, а не свойства возбуждения.
Плюсы и минусы
[ редактировать ]Экономичность внедрения является одним из основных преимуществ испытаний на вибрацию окружающей среды, поскольку необходимо измерить только (выходную) вибрацию конструкции. Это особенно привлекательно для сооружений гражданского строительства (например, зданий, мостов), где проведение испытаний на свободную вибрацию или вынужденную вибрацию (с известными входными данными) может оказаться дорогостоящим или трудоемким.
Идентификация модальных свойств с использованием данных окружающей среды имеет недостатки:
- Методы идентификации более сложны. Поскольку нагрузка не измеряется, при разработке метода идентификации ее необходимо моделировать (каким-то случайным процессом) или исключить ее динамическое влияние на измеряемый отклик. В противном случае невозможно объяснить характеристики данных, основываясь исключительно на модальных свойствах.
- Без загрузки информации идентифицированные модальные свойства могут иметь значительную неопределенность идентификации. В частности, результаты столь же хороши, как и принятое предположение о широкополосной связи.
- Выявленные модальные свойства отражают только свойства на уровне вибрации окружающей среды, который обычно ниже уровня работоспособности или других представляющих интерес конструктивных случаев. Это особенно актуально для коэффициента демпфирования, который обычно считается зависящим от амплитуды.
- Система измерения должна быть малошумной и чувствительной, поскольку в условиях эксплуатации конструкции в основном вибрируют на низких уровнях. [ 1 ]
Методы
[ редактировать ]Методы ОМА можно в общих чертах классифицировать по двум аспектам: 1) частотная область или временная область и 2) байесовские или небайесовские. Небайесовские методы были разработаны раньше, чем байесовские. Для идентификации они используют некоторые статистические оценки с известными теоретическими свойствами, например, корреляционную функцию или спектральную плотность измеренных вибраций. Общие небайесовские методы включают стохастическую идентификацию подпространства. [ 2 ] (временная область) и разложение в частотной области [ 3 ] (частотная область). Байесовские методы были разработаны во временной области. [ 4 ] и частотной области. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Оперативный модальный анализ конструкций в частотной и временной области
[ редактировать ]Цель оперативного модального анализа состоит в том, чтобы извлечь резонансные частоты, затухание и/или рабочие формы (немасштабированные формы колебаний) конструкции. Этот метод иногда называют модальным анализом только на выходе, поскольку измеряется только реакция конструкции. Структуру можно возбудить, используя естественные рабочие условия, или к конструкции можно приложить какие-то другие возбуждения; [ 8 ] однако, пока рабочие формы не масштабируются на основе приложенной силы, это называется операционным модальным анализом (например, рабочие формы лопасти ветряной турбины, возбуждаемой вибростендом, измеряются с использованием рабочего модального анализа). [ 9 ] ). Этот метод был использован для извлечения режимов работы зависшего вертолета. [ 10 ]
Эксплуатационный модальный анализ в сравнении с формой эксплуатационного отклонения
[ редактировать ]Два термина, «Операционный модальный анализ» и «Операционная форма отклонения», очень похожи, но относятся к двум разным подходам к анализу. Оба используют данные о вибрации окружающей среды в качестве входных данных, но в случае с формами рабочего отклонения создается форма, соответствующая общей реакции вибрации. Он основан только на амплитуде вибрации, не предпринимается никаких попыток определить форму моды и невозможно получить количественную оценку модального затухания. В то время как операционный модальный анализ, при соблюдении основных допущений, дает представление о характеристике системы в ее операционной среде, форма эксплуатационного отклонения просто извлекает реакцию системы при действующих в данный момент нагрузках. [ 11 ]
Примечания
[ редактировать ]- См. наборы данных OMA. [ 14 ]
См. также
[ редактировать ]- Разложение частотной области
- Байесовский операционный модальный анализ
- Окружающие вибрации
- Микротремор
- Модальный анализ
- Модальное тестирование
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Галишоян, М.; Шуштари (12–14 мая 2015 г.). Методы оперативного модального анализа и их теоретические и практические аспекты: всесторонний обзор и введение . 5-я Международная конференция по оперативному модальному анализу (IOMAC 2015). Хихон, Испания.
- ^ Jump up to: а б Ван Оверши, П.; Де Мур, Б. (1996). Идентификация подпространства для линейных систем . Бостон: Академическое издательство Kluwer.
- ^ Бринкер, Р.; Чжан, Л.; Андерсен, П. (2001). «Модальная идентификация систем только вывода с использованием разложения в частотной области» (PDF) . Умные материалы и конструкции . 10 (3): 441. Бибкод : 2001SMaS...10..441B . дои : 10.1088/0964-1726/10/3/303 . S2CID 250917814 .
- ^ Юэнь, КВ; Катафигиотис, Л.С. (2001). «Байесовский подход во временной области для модального обновления с использованием внешних данных». Вероятностная инженерная механика . 16 (3): 219–231. дои : 10.1016/S0266-8920(01)00004-2 .
- ^ Юэнь, КВ; Катафигиотис, Л.С. (2001). «Байесовский подход к спектральной плотности для модального обновления с использованием окружающих данных». Сейсмическая инженерия и структурная динамика . 30 (8): 1103–1123. дои : 10.1002/eqe.53 . S2CID 110355068 .
- ^ Юэнь, КВ; Катафигиотис, Л.С. (2003). «Подход байесовского быстрого преобразования Фурье для модального обновления с использованием окружающих данных». Достижения в области структурной инженерии . 6 (2): 81–95. дои : 10.1260/136943303769013183 . S2CID 62564168 .
- ^ Jump up to: а б Ау, СК (2017). Операционный модальный анализ: моделирование, умозаключения, законы неопределенности . Спрингер.
- ^ Улучшенная модальная характеристика с использованием гибридных данных
- ^ Использование стереофотограмметрии для измерения вибраций лопасти ветряной турбины
- ^ Лундстрем, Троя; Бакерсад, Джавад; Низрецкий, Кристофер (2013). «Использование высокоскоростной стереофотограмметрии для сбора эксплуатационных данных на вертолете Robinson R44» . Специальные темы структурной динамики, Том 6 . Серия материалов конференций Общества экспериментальной механики. стр. 401–410. дои : 10.1007/978-1-4614-6546-1_44 . ISBN 978-1-4614-6545-4 .
- ^ «Оперативный модальный анализ и форма эксплуатационного отклонения» . Community.sw.siemens.com .
- ^ Шипфорс, М.; Фабброчино, Г. (2014). Оперативный модальный анализ строительных конструкций . Спрингер.
- ^ Бринкер, Р.; Вентура, К. (2015). Введение в операционный модальный анализ . Джон Уайли и сыновья. дои : 10.1002/9781118535141 . ISBN 9781118535141 .
- ^ «Оперативный модальный анализ данных» .