مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر ماتریس انتقال‌پذیری چگالی طیف توان بدست آمده از رکوردهای کوتاه لرزه‌ای با سطوح مختلف نویز‌

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 عضو هیئت علمی
3 دانشکده مهندسی عمران، گروه مهندسی خاک و پی
چکیده
در سال‌های اخیر، رویکرد جدیدی تحت عنوان تحلیل مودال عملیاتی مبتنی بر انتقال‌پذیری مطرح شده است که یک راهکار مؤثر در زمینه شناسایی سیستم می‌باشد. این روش جدید قادر به شناسایی پارامترهای مودال سیستم‌های سازه‌ای مبتنی بر توابع انتقال‌پذیری می‌باشد که در آن، بر خلاف روش‌های مرسوم تحلیل مودال عملیاتی، هیچ فرض محدود کننده‌ای در مورد تحریکات ورودی وجود ندارد. در این مقاله، فرم مؤثری از انتقال‌پذیری تحت عنوان انتقال‌پذیری چگالی طیف توان، به منظور شناسایی مشخصات دینامیکی یک سیستم 5 درجه آزادی بکار گرفته شده است. این سیستم دینامیکی که با استفاده از سیمولینک متلب مدلسازی شده است، تحت تحریک زلزله‌های مختلف از قبیل السنترو، نورتریج و لوما پرییتا قرار گرفته و نویز سفید گاوسی نیز، با نسبت‌های مختلف سیگنال به نویز، به پاسخ‌های آن اضافه شده است. پارامترهای مودال (فرکانس‌های طبیعی و اشکال مودی) این مدل عددی مبتنی بر مقادیر و بردارهای تکین بدست آمده از تجزیه مقدار تکین ماتریس انتقال‌پذیری چگالی طیف توان محاسبه و استخراج شده‌اند. این ماتریس، بر خلاف ماتریس انتقال‌پذیری طیف فوریه، می‌تواند بر اساس خروجی‌های انتقالی بدست آمده از فقط یک شرط بارگذاری ایجاد شود، از این رو نیازی به استفاده از خروجی‌های چندین شرط بارگذاری نیست، به طوریکه صرفاً با یک آزمایش دینامیکی می‌توان به شناسایی خصوصیات دینامیکی پرداخت. در این تحقیق، نتایج شناسایی مودال از طریق مقایسه با مقادیر بدست آمده از حل دقیق سیستم ارزیابی شده است. این مقایسه نشان می‌دهد که پارامترهای مودال مستخرج از پاسخ‌های سیستم با سطوح مختلف نویز، از تطابق خوبی با مقادیر دقیق برخوردار می‌باشند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Operational modal analysis based on the power spectral density transmissibility matrix obtained from the short seismic records with different noise levels

نویسندگان English

majid damadipour 1
Reza Tarinejad 2
Mohammad Hossein Aminfar 3
1 Faculty of civil engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Faculty of Civil Engineering
3 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده English

In recent years, a new approach called transmissibility based operational modal analysis has been propounded.The new approach is able to identify the modal parameters of structural systems based on the transmissibility functions, where, unlike conventional methods of operational modal analysis, there is no limiting assumption about the input excitations. In this paper, an effective form of transmissibility called power spectral density transmissibility is used in order to identify the dynamic characteristics of a 5DOF system. The dynamic system that is modeled using MATLAB/Simulink is excited by the different earthquakes such as El Centro, Northridge and Loma Prieta, and white Gaussian noise is also added to its responses with different signal to noise ratios. The modal parameters (natural frequencies and mode shapes) of the numerical model are calculated and extracted based on the singular values and vectors obtained from singular value decomposition of the power spectral density transmissibility matrix. This matrix, unlike the Fourier spectral transmissibility matrix, can be created based on the transferring outputs obtained from just one loading condition; therefore, there is no need to use the outputs of multiple loading conditions, so that it is possible to identify the dynamic characteristics with only one dynamic test. In this research, the modal identification results are evaluated through comparison with the values obtained from exact solution of the system. The comparison shows that the modal parameters extracted from the system responses with different noise levels have a good agreement with the exact values.

کلیدواژه‌ها English

Transmissibility based operational modal analysis
Power spectral density transmissibility
white Gaussian noise
Singular value decomposition
Fourier spectral transmissibility
[1] Z. F. Fu, J. He, Modal Analysis, Second Edition, pp. 1-10, Oxford: Butterworth-Heinemann, 2001.
[2] E. Parloo, Application Of Frequency-Domain System Identification Techniques in the Field of Operational Modal Analysis, PhD thesis, Department of Mechanical Engineering, Vrije Universiteit Brussels, Belgium, 2003.
[3] B. Cauberghe, Applied Frequency-Domain System Identification in the Field of Experimental and Operational Modal Analysis, PhD thesis, Department of Mechanical Engineering, Vrije Universiteit Brussels, Belgium, 2004.
[4] R. Brincker, C. Ventura, Introduction to Operational Modal Analysis, First Edition, pp. 1-13, Chichester: John Wiley & Sons, 2015.
[5] W. X. Ren, Z. H. Zong, Output-only modal parameter identification of civil engineering structures, Structural Engineering and Mechanics, vol. 17, No. 3-4, pp. 429-444, 2004.
[6] J. Yadegari, O. Bahar, Modal parameter identification using ambient vibration testing with introducing a new software, Civil Engineering Infrastructures Journal, Vol. 44, No. 1, pp. 121-130, 2010. (In Persianفارسی )
[7] H. A. Cole Jr, On-the-line analysis of random vibrations, 9th Structural Dynamics and Materials Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Palm Springs, California, USA, April 1-3, 1968.
[8] J. N. Juang, R. S. Pappa, An eigensystem realization algorithm for modal parameter identification and model reduction, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 8, No. 5, pp. 620-627, 1985.
[9] B. Moaveni, System and Damage Identification of Civil Structures, PhD Thesis, University of California, San Diego, 2007.
[10] P. Van Overschee, B. De Moor, Subspace Identification for Linear Systems: Theory, Implementation, Applications, First Edition, pp. 57-67, Dordrecht: Kluwer academic publishers, 1996.
[11] B. Peeters, System Identification and Damage Detection in Civil Engeneering, PhD Thesis, Faculteit Toegepaste Wetenschappen Arenbergkasteel, Katholieke Universiteit Leuven, Heverlee (Belgium), 2000.
[12] A. J. Felber, Development of Hybrid Bridge Evaluation System, PhD thesis, University of British Columbia, Vancouver, Canada, 1993.
[13] M. R. Mivehchi, M. T. Ahmadi, System identification: The suitable method for evaluation of large dam under earthquake, Proceedings of Third International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, International Institute of Earthquake and Seismology (IIEES), Tehran, Iran, May 17-19, 1999.
[14] R. Brincker, L. Zhang, P. Andersen, Modal identification from ambient responses using frequency domain decomposition, Proceedings of 18th International Modal Analysis Conference (IMAC), San Antonio, Texas, February 7-10, 2000.
[15] R. Brincker, C. E. Ventura, P. Andersen, Damping estimation by frequency domain decomposition, Proceedings of the 19th International Modal Analysis Conference (IMAC), Kissimmee, Florida, February 5-8, 2001.
[16] L. Zhang, R. Brincker, R. Andersen, An overview of operational modal analysis: Major development and issues, Proceedings of the 1St International Operational Modal Analysis Conference (IOMAC), Copenhagen, Denmark, April 26-27, 2005.
[17] L. Zhang, T. Wang, Y. Tamura, A Frequency-Spatial Domain Decomposition (FSDD) technique for operational modal analysis, Proceedings of the 1St International Operational Modal Analysis Conference (IOMAC), Copenhagen, Denmark, April 26-27, 2005.
[18] J. Lardies, S. Gouttebroze, Identification of modal parameters using the wavelet transform, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 44, No. 11, pp. 2263-2283, 2002.
[19] T. Kijewski, A. Kareem, Wavelet transforms for system identification in civil engineering. Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, Vol. 18, No. 5, pp. 339-355, 2003.
[20] M. Damadipour, System Identification of a Concrete Arch Dam and Calibration of its Finite Element Model with Emphasis on Nonuniform Ground Motion, Master of Science Thesis, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran, 2012. (In Persian فارسی)
[21] R. Tarinejad, M. Damadipour, Modal identification of structures by a novel approach based on FDD-wavelet method, Journal of Sound and Vibration, Vol. 333, No. 3, pp. 1024–1045, 2014.
[22] R. Tarinejad, M. Damadipour, Operational modal analysis of structures using a new time-frequency domain approach, Proceedings of the 6th International Operational Modal Analysis Conference (IOMAC), Gijón, Spain, May 12-14, 2015.
[23] R. Tarinejad, M. Damadipour, Extended FDD-WT method based on correcting the errors due to non-synchronous sensing of sensors. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 72, No. 1, pp. 547-566, 2016.
[24] C. Devriendt, P. Guillaume, The use of transmissibility measurements in output-only modal analysis, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 21, No. 7, pp. 2689-2696, 2007.
[25] C. Devriendt, P. Guillaume, Identification of modal parameters from transmissibility measurements, Journal of Sound and Vibration, Vol. 314, No. 1, pp. 343-356, 2008.
[26] G. H. Golub, C. F. VanLoan, Matrix Computations, Fourth Edition, pp. 76-80, Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2013.
[27] W. J. Yan, W. X. Ren, Operational modal parameter identification from power spectrum density transmissibility, Computer‐Aided Civil and Infrastructure Engineering, Vol. 27, No. 3, pp. 202-217, 2012.