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

یکی از موضوعات مهم در روش های آزمایشگاهی استخراج اطلاعات مودال سازه ها، نوع بار وارده بر سازه می باشد. بطور کلی بارهای اعمالی به یک سازه جهت انجام تست دینامیکی، به دو دسته تحریکات مصنوعی و بارهای محیطی تقسیم می شود. اعمال بارهای مصنوعی به سازه های بزرگ نظیر پل ها و ساختمان های بلند مشکل، پرهزینه و در برخی موارد غیر ممکن می باشد. به همین دلیل جهت استخراج اطلاعات مودال چنین سازه هایی عموما از روش های مبتنی بر تحریک محیطی آنها استفاده می شود. با این وجود این روش ها شامل مشکلاتی نظیر بزرگی دامنه نویز نسبت به دامنه پاسخ اندازه گیری شده می باشند. این موضوع باعث ایجاد خطاهایی در نتایج و در برخی موارد منجر به بدست آمدن مودهای غیر واقعی می گردد. به عنوان یک راه حل، جهت اطمینان از صحت نتایج بدست آمده می توان اطلاعات مودال را از چند روش مختلف محاسبه نموده و نتایج را با یکدیگر مقایسه نمود. در این مقاله یک روش جدید جهت استخراج فرکانس های طبیعی سازه ها 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 داده های آزمایشگاهی می باشد. الگوریتم پیشنهادی شامل سه مرحله کلی است. در گام اول بعد از اندازه گیری پاسخ شتاب سازه در نقاط مناسب، با استفاده از روش کاهش تصادفی اثرات ارتعاش محیطی از پاسخ ها حذف و تنها خصوصیات دینامیکی سازه در شتابنگاشت باقی می ماند. در مرحله دوم با استفاده از تکنیک تجزیه متعامد بهینه، شتابنگاشت ها به چندین مد سازه ای تفکیک می گردند و بلاخره در گام آخر، پاسخ های بدست آمده از مرحله قبل توسط تبدیل سریع فوریه به حوزه فرکانسی تبدیل می شوند تا فرکانس های طبیعی سازه استخراج گردند. نقطه قوت روش پیشنهادی، پایداری آن نسبت به استفاده از داده های نویزی با دامنه بسیار بالا است که از چالش های موجود در آزمایش های ارتعاش محیطی به شمار می رود. کارایی الگوریتم پیشنهادی با استفاده از مدل سازی عددی و تست آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که از روش جدید می توان به عنوان ابزاری مناسب جهت تعیین فرکانس های طبیعی سازه ها و کنترل نتایج بدست آمده از روش های دیگر بهره جست.

کلیدواژه ها:

Dynamic Experiment ، Ambient Vibration ، Natural Frequency ، proper Orthogonal Decomposition ، Random decrement ، noise. ، آزمایش دینامیکی ، ارتعاش محیطی ، فرکانس طبیعی ، تجزیه متعامد بهینه ، کاهش تصادفی ، نویز.