تحليل مودال عملياتي مبتني بر ماتريس انتقال‌پذيري چگالي طيف توان بدست آمده از ركوردهاي كوتاه لرزه‌اي با سطوح مختلف نويز‌

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

در سال‌هاي اخير، رويكرد جديدي تحت عنوان تحليل مودال عملياتي مبتني بر انتقال‌پذيري مطرح شده است كه يك راهكار مؤثر در زمينه شناسايي سيستم مي‌باشد. اين روش جديد قادر به شناسايي پارامترهاي مودال سيستم‌هاي سازه‌اي مبتني بر توابع انتقال‌پذيري مي‌باشد كه در آن، بر خلاف روش‌هاي مرسوم تحليل مودال عملياتي، هيچ فرض محدود كننده‌اي در مورد تحريكات ورودي وجود ندارد. در اين مقاله، فرم مؤثري از انتقال‌پذيري تحت عنوان انتقال‌پذيري چگالي طيف توان، به منظور شناسايي مشخصات ديناميكي يك سيستم 5 درجه آزادي بكار گرفته شده است. اين سيستم ديناميكي كه با استفاده از سيمولينك متلب مدلسازي شده است، تحت تحريك زلزله‌هاي مختلف از قبيل السنترو، نورتريج و لوما پرييتا قرار گرفته و نويز سفيد گاوسي نيز، با نسبت‌هاي مختلف سيگنال به نويز، به پاسخ‌هاي آن اضافه شده است. پارامترهاي مودال (فركانس‌هاي طبيعي و اشكال مودي) اين مدل عددي مبتني بر مقادير و بردارهاي تكين بدست آمده از تجزيه مقدار تكين ماتريس انتقال‌پذيري چگالي طيف توان محاسبه و استخراج شده‌اند. اين ماتريس، بر خلاف ماتريس انتقال‌پذيري طيف فوريه، مي‌تواند بر اساس خروجي‌هاي انتقالي بدست آمده از فقط يك شرط بارگذاري ايجاد شود، از اين رو نيازي به استفاده از خروجي‌هاي چندين شرط بارگذاري نيست، به طوريكه صرفاً با يك آزمايش ديناميكي مي‌توان به شناسايي خصوصيات ديناميكي پرداخت. در اين تحقيق، نتايج شناسايي مودال از طريق مقايسه با مقادير بدست آمده از حل دقيق سيستم ارزيابي شده است. اين مقايسه نشان مي‌دهد كه پارامترهاي مودال مستخرج از پاسخ‌هاي سيستم با سطوح مختلف نويز، از تطابق خوبي با مقادير دقيق برخوردار مي‌باشند.

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.