Оперативный модальный анализ - Operational modal analysis

Окружающая модальная идентификация, также известный как оперативный модальный анализ (OMA), направлена ​​на определение модальных свойств конструкции на основе данных о вибрации, собранных, когда конструкция находится в рабочих условиях, то есть при отсутствии начального возбуждения или известного искусственного возбуждения. Модальные свойства конструкции включают прежде всего собственные частоты, коэффициенты демпфирования и формы колебаний. В окружающая вибрация Тестировать объектную структуру можно под воздействием множества источников возбуждения, которые не измеряются, но считаются «широкополосными случайными». Последнее - понятие, которое необходимо применять при разработке метода внешней идентификации. Конкретные предположения варьируются от одного метода к другому. Однако, независимо от используемого метода, правильная модальная идентификация требует, чтобы спектральные характеристики измеренного отклика отражали свойства мод, а не возбуждения.

За и против

Экономичность внедрения является одним из основных преимуществ испытаний на вибрацию окружающей среды, поскольку необходимо измерять только (выходную) вибрацию конструкции. Это особенно привлекательно для гражданских инженерных сооружений (например, зданий, мостов), где проведение испытаний на свободную или вынужденную вибрацию (с известными входными данными) может быть дорогостоящим или затруднительным.

Определение модальных свойств с использованием данных окружающей среды имеет недостатки:

  • Методы идентификации более сложные. Поскольку нагрузка не измеряется, при разработке метода идентификации ее необходимо смоделировать (с помощью некоторого случайного процесса) или устранить ее динамическое влияние на измеряемую реакцию. В противном случае невозможно объяснить характеристики в данных исключительно на основе модальных свойств.
  • Без загрузки информации идентифицированные модальные свойства могут иметь значительные неопределенности идентификации. В частности, результаты столь же хороши, как и предполагаемое широкополосное соединение.
  • Выявленные модальные свойства отражают только свойства на уровне вибрации окружающей среды, который обычно ниже, чем уровень эксплуатационной пригодности или другие интересующие проектные случаи. Это особенно важно для коэффициента демпфирования, который обычно считается зависимым от амплитуды.

Методы

Методы OMA можно в общих чертах классифицировать по двум аспектам: 1) частотная область или же область времени, и 2) Байесовский или небайесовский. Небайесовские методы были разработаны раньше, чем байесовские. Они используют некоторые статистические оценки с известными теоретическими свойствами для идентификации, например, корреляционная функция или же спектральная плотность измеренных колебаний. Общие небайесовские методы включают: стохастический идентификация подпространства[1](временная область) и разложение в частотной области (частотная область). Байесовские методы были разработаны во временной области.[2] и частотной области[3][4][5]

Оперативный модальный анализ конструкций в частотной и временной областях

Целью оперативного модального анализа является определение резонансных частот, демпфирования и / или рабочих форм (немасштабированных форм колебаний) конструкции. Этот метод иногда называют модальным анализом только для вывода, потому что измеряется только отклик конструкции. Структура может быть возбуждена в естественных рабочих условиях, или к ней могут быть применены некоторые другие возбуждения;[6] однако, пока рабочие формы не масштабируются на основе приложенной силы, это называется оперативным модальным анализом (например, рабочие формы лопасти ветряной турбины, возбуждаемой вибростендом, измеряются с использованием рабочего модального анализа. [7] ). Этот метод был использован для выделения режимов работы парящего вертолета.[8]

Операционный модальный анализ в сравнении с рабочей формой прогиба

Два термина, «Оперативный модальный анализ» и «Операционная форма отклонения», очень похожи, но относятся к двум различным подходам к анализу. Оба используют данные о вибрации окружающей среды в качестве входных данных, но в случае форм рабочего отклонения создается форма, соответствующая общему отклику на вибрацию. Она основана только на амплитуде вибрации, не предпринимается никаких попыток выделить форму моды и количественного определения. модального демпфирования. В то время как операционный модальный анализ, когда основные допущения выполнены, дает представление о характеристиках системы в ее операционной среде, рабочая форма отклонения просто извлекает реакцию системы при текущих приложенных нагрузках.[9]

Примечания

  • См. Монографии по небайесовской ОМА. [1] [10] [11] и байесовский ОМА [5]
  • См. Наборы данных OMA [12]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Van Overschee, P .; Де Моор, Б. (1996). Идентификация подпространства для линейных систем. Бостон: Kluwer Academic Publisher.
  2. ^ Yuen, K.V .; Катафигиотис, Л. (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.
  3. ^ Yuen, K.V .; Катафигиотис, Л. (2001). «Байесовский подход к спектральной плотности для модального обновления с использованием данных окружающей среды». Землетрясение и структурная динамика. 30 (8): 1103–1123. Дои:10.1002 / экв.53.
  4. ^ Yuen, K.V .; Катафигиотис, Л. (2003). «Байесовское быстрое преобразование Фурье для модального обновления с использованием внешних данных». Достижения в области проектирования конструкций. 6 (2): 81–95. Дои:10.1260/136943303769013183.
  5. ^ а б Ау, С.К. (2017). Оперативный модальный анализ: моделирование, вывод, законы неопределенности. Springer.
  6. ^ Улучшенная модальная характеристика с использованием гибридных данных
  7. ^ Использование стереофотограмметрии для измерения вибрации лопасти ветряной турбины
  8. ^ Использование стереофотограмметрии для сбора эксплуатационных данных на вертолете
  9. ^ «Операционный модальный анализ против формы рабочего прогиба». community.sw.siemens.com.
  10. ^ Schipfors, M .; Фабброчино, Г. (2014). Оперативный модальный анализ строительных конструкций. Springer.
  11. ^ Brincker, R .; Вентура, К. (2015). Введение в операционный модальный анализ. Джон Вили и сыновья.
  12. ^ "Оперативный модальный анализ Dataverse".