آنالیز مودال عملیاتی در حضور تحریک هارمونیک و بررسی اثر تغییر فرکانس تحریک در استخراج شکل حرکت

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-10 (10)

کد مقاله : 1097-ISAV2022 (R3)

نویسندگان

شرکت پایش صنعت کویر جم

چکیده

آنالیز مودال به ما کمک می کند تا بتوانیم به ازای هر مود سازه، فرکانس مودال(ω)، دمپینگ(ζ) و مود شیب(ϕ) را بدست آوریم. این اطلاعات به ما در تشخیص و ارائه راهکار در مورد علت ارتعاشی که مشکل ایجاد کرده است، کمک می‌کند. تست هایی نظیر تست ضربه یا حتی تغییر شکل حین کار (ODS)، تنها ایده ای از نحوه ارتعاش سازه به ما می‌دهند؛ اما آنالیز مودال، درک کاملی از شکل حرکت به ما می دهد. در آنالیز مودال تجربی(EMA)، لازم است که نیروی تحریک و پاسخ سازه اندازه‌گیری شده و مدل مودال سازه استخراج می‌شود. به همین دلیل محققان روش جدیدی را با عنوان آنالیز مودال عملیاتی(OMA) برای استخراج مشخصات دینامیکی سیستم‌هایی که امکان اندازه‌گیری نیروی ورودی وجود ندارد، پیشنهاد کرده اند. آنالیز مودال عملیاتی که با نام آنالیز مودال خروجی تنها یا آنالیز مودال محیطی نیز شناخته می‌شود، تکنیکی برای شناسایی پارامترهای مودال سازه تحت شرایط کاری است. این تکنیک برای سازه‌های بسیار بزرگ که امکان تحریک موثر آن برای دریافت پاسخ مناسب وجود ندارد و یا تجهیزات دواری که امکان خاموشی و توقف کامل آنها امکان‌پذیر نباشد مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف سازه‌های ساختمانی، نیروهای وارد بر سازه‌های مکانیکی بدلیل اینکه ترکیبی از مولفه‌های هارمونیک هستند، بسیار پیچیده‌تر هستند و باید توجه ویژه‌ای به شناسایی و جداسازی اجزا هارمونیک از مود واقعی سازه و حذف تاثیر مولفه‌های هارمونیک در فرآیند استخراج پارامترهای مودال شود. در این مقاله، به بررسی الگوریتم‌های مختلف آنالیز مودال عملیاتی برای استخراج پارامترهای مودال یک تیر یک سر درگیر در حضور تحریک هارمونیک پرداخته می‌شود. ابتدا تیر مورد آزمایش، تحت آزمون مودال تجربی قرار گرفته و پارامترهای سیستم استخراج می‌شود. سپس آنالیز مودال عملیاتی در حضور تحریک هارمونیک با فرکانس‌های مختلف انجام شده و پارامترها مودال در حوزه فرکانس با روش‌های مختلف استخراج و با نتایج آنالیز مودال تجربی مقایسه می‌شود.

کلیدواژه ها

آنالیز مودال عملیاتی؛ OMA؛ آنالیز مودال تجربی؛ EMA

Title

Operational modal analysis in the presence of harmonic excitation and investigating the effect of changing the excitation frequency in extracting the mode shape

Authors

Alireza Sahebjame Fini

Abstract

Modal analysis helps us to determine modal frequency (ω), damping (ζ) and mode shape (ϕ) for each mode of structures. This information helps us to diagnose and provide a solution to the cause of the vibration that caused the problem. Tests such as impact test or even Operative Deflection Shape (ODS), only give us an idea of how the structure vibrates; But modal analysis gives us a complete understanding of the mode shapes. In the Experimental Modal Analysis (EMA), it is necessary that the excitation force and the response of the structure are measured and the modal model of the structure is extracted. For this reason, researchers have proposed a new method called Operational Modal Analysis (OMA) to extract the dynamic characteristics of systems where it is not possible to measure the input force. OMA is a technique to identify the modal parameters of a structure under operating conditions. This technique is used for very large structures that cannot be excite effectively to receive a suitable response, or rotating equipment that cannot be turned off and stopped completely. Unlike building structures, the forces on mechanical structures are much more complex because they are a combination of harmonic components, and special attention should be paid to identifying and separating harmonic components from the real mode of the structure and removing the influence of harmonic components in the process of extracting modal parameters. In this article, various operational modal analysis algorithms are investigated for extracting the modal parameters of a single-ended beam involved in the presence of harmonic excitation. First, the tested beam is subjected to experimental modal test and system parameters are extracted. Then operational modal analysis is performed in the presence of harmonic excitation with different frequencies and modal parameters are extracted and compared with the experimental modal analysis results.

Keywords

Modal Analysis, Operative Deflection Shape, ODS, Operational modal analysis, OMA, Experimental Modal Analysis, EMA

مراجع

1. Zunping Xia, Tong Wang, Lingmi Zhang, "Detection and removal of harmonic components in operational modal analysis", JVE INTERNATIONAL LTD. JOURNAL OF VIBROENGINEERING. NOV 2017, VOL. 19, ISSUE 7. ISSN 1392-8716. 2. Fahad Bin Zahid ,Ong Zhi Chao, " A review of operational modal analysis techniques for inservice modal identification", Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering August 2020 3. Jacobsen Niels-Jørgen Brüel & Kjær; Andersen Palle; Brincker Rune, "Eliminating the Influence of Harmonic Components in Operational Modal Analysis ", Conference Proceedings 2007 مهدی صالحی ، محمد اورک، مهد ی قربانی، محمد احمدی بلوطکی ، "مطالعه تجربی عملکرد روشهای محتلف آنالیز مودال محیطی .4 با تحریک همزمان تصادف ی و هارمونیک"، نشریه پژوهشی مهندسی مکانیک ایران 1397 5. Van Overschee, P., and De Moor, B.L., "Subspace Identification for Linear Systems: Theory, Implementation, Applications", Kluwer Academic Publishers, Boston, (1996). 6. Van Overschee, P., and De Moor, B.L., "Subspace Algorithms for the Stochastic Identification Problem", Automatica, Vol. 29, pp. 649-660, (1993) 7. Peeters, B., De Roeck, G., Pollet, T., and Schueremans, L., "Stochastic Subspace Techniques Applied to Parameter Identification of Civil Engineering Structures",Conference of New Advances in Modal Synthesis of Large Structures, October 5-6, Lyon,France, pp. 151-162, (1995). 8. Møller, N., Bribcker, R., Herlufsen, H., and Andersen, P., "Modal Testing of Mechanical Structures Subject to Operational Excitation Forces", IMAC 19: A Conference on Structural Dynamics : February 5-8, Orlando, USA, pp. 262-269, (2001). 9. Reynders E (2012) System identifcation methods for (operational) modal analysis: review and comparison. Arch Comput Methods Eng 19(1):51–124 10. Bendat JS, Piersol AG (2011) Random data: analysis and measurement procedures, vol 729. Wiley, Hoboken 11. Zhang, L., Brincker, R., and Andersen, P., "Modal Indicators for Operational Modal Identification", IMAC 19: A Conference on Structural Dynamics, February 5-8, Orlando, USA, pp. 746- 752, (2001). 12. Bandat J., & Piersiol A., Random Data, Analysis and Measurement Procedures, John ‘Wiley & Son, New York, USA, 1986. 13. Ventura C.E., Tomas H., Structural Assessment by Modal Analysis in Western Canada, Proceeding of the 15th IMAC, 1997, pp. 234-239. 14. Brincker, R., and Zhang, L., "Modal Identification from Ambient Responses using Frequency Domain Decomposition", IMAC 18: International Modal Analysis Conference, February 7-10, Texas, USA, pp. 625-630, (2000). 15. Brincker, R., and Andersen, P., "Damping Estimation by Frequency Domain Decomposition", IMAC 19: A Conference on Structural Dynamics, February 5-8,Orlando, USA, pp. 698-703, (2001). 16. Peeters, B., and De Roeck, G., "Stochastic System Identification for Operational Modal Analysis: A Review", Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol.123, pp. 659-667, (2001). 17. https://community.sw.siemens.com/s/article/dynamic-stiffness-compliance-mobility-and-more 18. https://community.sw.siemens.com/s/article/what-is-a-frequency-response-function-frf