مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه برشی با استفاده از توابع Block-Pulse و مدل ARX

نویسندگان
1 دانشگاه تبریز
2 دانشیار، مهندسی عمران- سازه، دانشگاه تبریز، تبریز
چکیده
شناسایی سیستم با پیشرفت آزمایش های دینامیکی سازه، یکی از روش های مفید جهت پایش سلامتی، اکتشاف خرابی سازه ها و به روز رسانی مدل المان محدود به حساب می آید. شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه براساس اطلاعات تحریک و پاسخ سازه صورت می گیرد و شامل تخمین پارامترهای فیزیکی همانند ماتریسهای جرم، سختی، میرایی و یا پارامترهای مودال از جمله فرکانس های طبیعی، نسبت های میرایی و شکل مودهای سازه می شود. توابع (Block-pulse (BP از جمله توابع متعامد هستند که از آنها می توان برای تقریب انواع توابع استفاده کرد. این توابع با توجه به تعاریف صریح و ساده ای که دارند می توانند فرمول بندی ساده ای از مسائل پیچیده ارائه دهند. در این پژوهش معادلات دینامیکی سازه به معادلات فضای حالت تبدیل شده و براساس ضرایب BP ورودی و ضرایب BP پاسخ جابجایی یک تابع انتقال به ازای هر درجه آزادی استخراج شده است. توابع انتقال شامل اطلاعاتی از قبیل مقادیر ویژه سیستم می باشند که معادل سازی آنها با مدل ARX منجر به تخمین مقادیر ویژه سیستم شده و شناسایی پارامترهای دینامیکی سازه براساس این مقادیر ویژه صورت گرفته است. به منظور ارزیابی دقت روش پیشنهادی قاب برشی سه طبقه با پاسخ های مشخص در تمام درجات آزادی و تحت ارتعاش در تراز پایه به عنوان شبیه سازی عددی ارائه شده است. همچنین دقت فرایند شناسایی با اعمال نویز در سطوح مختلف به پاسخ سازه، مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج حاکی از آن هستند که الگوریتم پیشنهادی ضمن کاهش هزینه محاسباتی از دقت مناسبی برخوردار است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Dynamical parameters identification of shear structure using block pulse functions and ARX model

چکیده English

System identification with the development of dynamic testing of structures has become one of the useful methods for structural health monitoring and damage detection and also finite element model updating. Identification of structural dynamic parameters is done by using excitation-responses data and includes physical-dynamical parameters such as mass, stiffness and damping matrices and/or modal parameters such as natural frequencies, damping ratios and modal shapes. Block pulse functions (BPFs) are a set of orthogonal functions that are used to approximate the variety of functions. These functions have explicit definition and provide simple formulation of complex problems. In this research, structural dynamic equations have been converted to state space equations and based on input BP coefficients and BP coefficients of displacement responses, a transfer function is extracted for each degree of freedom. Transfer functions include important information such as the eigenvalues of plant matrix. The equalization of transfer functions with ARX model led to estimate the eigenvalues of plant matrix and identification of dynamical parameters of structure is done based on these eigenvalues.To prove the validity and feasibility of proposed method, numerical simulation of the three-story shear frame with determined responses at all degrees of freedom and excited on base level is presented. Also, the accuracy of the identification process by applying noise at different levels to the structure response is investigated. The results reveal the proposed method can be beneficial in structural identification with less computational expenses and high accuracy.

کلیدواژه‌ها English

system identification
Block pulse functions
Continuous time state space
Operational matrix
Eigenvalues