تخمين دقيق فركانس‌هاي طبيعي به كمك روش حذف اثر جرم در آزمايش مودال محيطي

Estimation of natural frequencies using mass-cancellation method in operational modal testing

آزمايش مودال كلاسيك ابزار قدرتمندي براي تحليل ديناميكي سازه‌ها مي‌باشد ولي در برخي از سازه‌ها به دليل عدم امكان تحريك يا اندازه‌گيري نيروهاي وارد به آن‌ها انجام اين آزمايش دشوار يا غيرممكن است. بنابراين براي شناسايي رفتار ديناميكي اين نوع سازه‌ها بايد از روش‌هاي آناليز مودال محيطي استفاده كرد. در عمل مدل‌هايي كه به وسيله‌ آزمايش مودال محيطي ايجاد مي‌شوند، با مشكلات زيادي مواجه هستند. يكي از اين مشكلات، خطاهايي است كه به دليل استفاده از وسايلي مانند شتاب‌سنج‌ها ايجاد مي‌شود و موجب كاهش دقت نتايج حاصل مي‌گردد. معمولاَ نصب شتاب‌سنج‌ها بر روي سازه، موجب كاهش فركانس‌هاي طبيعي مي شود و در نتيجه فركانس‌هاي طبيعي حاصل از آزمايش با مقادير دقيق اختلاف خواهند داشت. در اين مقاله، يك روش جديد براي حذف اثر جرم شتاب‌سنج‌ها از فركانس‌هاي طبيعي حاصل از آزمايش مودال محيطي ارايه شده است. به منظور بررسي عددي روش پيشنهادي، از مدل يك سيستم جرم- فنر- دمپر استفاده شده است. همچنين با انجام آزمايش‌هاي مودال كلاسيك و مودال محيطي بر روي يك صفحه فلزي، روش تحت ارزيابي تجربي قرار گرفته است. نتايج حاصل، نشان دهنده كارايي روش پيشنهادي در حذف اثر جرم شتاب‌سنج‌ها و تخمين دقيق فركانس‌هاي طبيعي سازه است.

Conventional modal testing is known as a powerful tool for dynamic analysis of structures. However, for some engineering structures, conventional modal testing is difficult or even impossible to conduct due to the problems associated with the artificial excitation of structure. Operational Modal Analysis (OMA) is one solution to deal with these cases. In OMA the structure is excited by ambient forces and only the responses are measured and taken into account. Accelerometers are the traditional tools for measuring theresponses of structure. It is well known that the measured responses are contaminated by bias errors corresponding to the mass-loading effect of accelerometers. This causes the natural frequencies of structure are measured lower than the real values. In this paper a new method is proposed for eliminating the mass-loading effects of accelerometers from measured responses in OMA. A numerical model of a mass-spring-damper system is used for validation of the method. Also a steel plate is used for experimental validation of the proposed approach. The results are confirmed by those of conventional modal testing. Both numerical and experimental results show that the proposed method can effectively eliminate the mass-loading effects of accelerometers from measured responses in OMA. Also, the method has the ability to correct the measured natural frequencies from OMA accurately.