اثر نويز بر شناسايي سازه‌اي تيرها به روش خروجي-تنها

Effect of noise on output-only structural identification of beams

شناسايي سازه‌اي از روش‌هاي خروجي-تنها با استفاده از داده‌هاي خروجي سازه انجام مي‌شود. اين داده‌ها معمولا شامل پاسخ سازه به همراه مقداري نويز است. موفقيت روش‌هاي خروجي-تنها در تعيين پارامترهاي ارتعاشي يك سازه، به نسبت سيگنال به نويز داده‌هاي خروجي وابسته است. در اين مقاله پارامترهاي ارتعاشي (فركانس‌هاي طبيعي و شكل‌هاي مودي) يك تير يك سر گيردار با استفاده از داده‌هاي خروجي‌اي كه نسبت‌هاي سيگنال به نويز مختلفي دارند، بدست آمده است. پارامترهاي ارتعاشي اين تير با استفاده از روش آناليز مودال تعيين شده و به عنوان مشخصات ارتعاشي مبناي آن تير در نظر گرفته شد. ورودي مناسبي به اين تير اعمال شده و سيگنال شتاب نقاط مختلف آن بدست آمد. براي ايجاد داده‌هاي نويزي، نويزهايي با توان‌هاي مختلف نسبت به توان سيگنال‌ها توليد شده و به آنها اضافه گرديد. پارامترهاي ارتعاشي اين تير به كمك دو روش خروجي-تنهاي جستار قله و شناسايي زيرفضاي تصادفي شناسايي شدند. پارامترهاي ارتعاشي شناسايي شده با استفاده از اين داده‌هاي آلوده به نويز با نسبت‌هاي سيگنال به نويز بزرگتر يا مساوي 25، مطابقت خوبي با مشخصات ارتعاشي مبناي تير يك سر گيردار دارند. در محدوده نسبت سيگنال به نويز 0.25 تا 25 پارامترهاي ارتعاشي مربوط به مود اول اين تير قابل شناسايي نبودند، ولي پارامترهاي ارتعاشي مربوط به مودهاي بالاتر شناسايي شدند.

Output-only structural identification is conducted by output data of the structure. These data usually include structural response together with some noise. Success of output-only methods in determining the vibration parameters of a structure depends on the signal to noise ratio (SNR) of the output data. In this paper, the vibration parameters (Natural frequency and Mode shape) of a contilever beam have been obtained using output data which have different signal to noise ratios. The vibration parameters of the beam were determined using modal analysis of finite element model and considered as reference parameters. Then, appropriate input was applied to the beam and the acceleration signal was obtained. To generate noisy data, noise with different powers compared to signal powers were added to acceleration signal. The modal parameters of the beam were obtained using two output-only methods, Peak Picking (PP) and Stochastic Subspace Identification (SSI). The vibration parameters having signal-to-noise ratios greater than 25 (lower noise level) for all considered modes were identified properly. At a signal-to-noise ratio of 0.25 to 25 (higher noise level), it was not possible to identify the modal parameters of the first mode of the beam, but the parameters of the higher modes were identified with good accuracy.