ارائه روشی جدید برای تعیین فرکانسهای طبیعی سازه ها تحت اثر بارهای محیطی

Abstract

یکی از موضوعات مهم در روش‌های آزمایشگاهی استخراج اطلاعات مودال سازه‌ها، نوع بار وارده بر سازه می‌باشد. بطور کلی بارهای اعمالی به یک سازه جهت انجام تست دینامیکی، به دو دسته تحریکات مصنوعی و بارهای محیطی تقسیم می‌شود. اعمال بارهای مصنوعی به سازه‌های بزرگ نظیر پل‌ها و ساختمان‌های بلند مشکل، پرهزینه و در برخی موارد غیر ممکن می‌باشد. به همین دلیل جهت استخراج اطلاعات مودال چنین سازه‌هایی عموما از روش‌های مبتنی بر تحریک محیطی آنها استفاده می‌شود. با این وجود این روش‌ها شامل مشکلاتی نظیر بزرگی دامنه نویز نسبت به دامنه پاسخ اندازه‌گیری شده می‌باشند. این موضوع باعث ایجاد خطاهایی در نتایج و در برخی موارد منجر به بدست آمدن مودهای غیر واقعی می‌گردد. به عنوان یک راه حل، جهت اطمینان از صحت نتایج بدست آمده می‌توان اطلاعات مودال را از چند روش مختلف محاسبه نموده و نتایج را با یکدیگر مقایسه نمود. در این مقاله یک روش جدید جهت استخراج فرکانس‌های طبیعی سازه‌ها تحت اثر ارتعاش محیطی آنها ارائه شده است. بدین منظور از ترکیب دو تکنیک ریاضی کاهش تصادفی(RD) و تجزیه متعامد بهینه(POD) بهره گرفته شده است. علت انتخاب این دو روش توانایی بسیار بالای آنها در حذف نویز از داده‌های آزمایشگاهی می‌باشد. الگوریتم پیشنهادی شامل سه مرحله کلی است. در گام اول بعد از اندازه‌گیری پاسخ شتاب سازه در نقاط مناسب، با استفاده از روش کاهش تصادفی اثرات ارتعاش محیطی از پاسخ‌ها حذف و تنها خصوصیات دینامیکی سازه در شتابنگاشت باقی می‌ماند. در مرحله دوم با استفاده از تکنیک تجزیه متعامد بهینه، شتابنگاشت‌ها به چندین مد سازه‌ای تفکیک می‌گردند و بلاخره در گام آخر، پاسخ‌های بدست آمده از مرحله قبل توسط تبدیل سریع فوریه به حوزه فرکانسی تبدیل می‌شوند تا فرکانس‌های طبیعی سازه استخراج گردند. نقطه قوت روش پیشنهادی، پایداری آن نسبت به استفاده از داده های نویزی با دامنه بسیار بالا است که از چالش‌های موجود در آزمایش‌های ارتعاش محیطی به شمار می‌رود. کارایی الگوریتم پیشنهادی با استفاده از مدل‌سازی عددی و تست آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که از روش جدید می‌توان به عنوان ابزاری مناسب جهت تعیین فرکانس‌های طبیعی سازه ها و کنترل نتایج بدست آمده از روش‌های دیگر بهره جست.