Análisis modal operativo - Operational modal analysis

La identificación modal ambiental , también conocida como análisis modal operacional ( OMA ), tiene como objetivo identificar las propiedades modales de una estructura en función de los datos de vibración recopilados cuando la estructura se encuentra en sus condiciones de funcionamiento, es decir, sin excitación inicial o excitación artificial conocida. Las propiedades modales de una estructura incluyen principalmente las frecuencias naturales , las relaciones de amortiguación y las formas modales . En una prueba de vibración ambiental , la estructura del sujeto puede estar sometida a una variedad de fuentes de excitación que no se miden, pero se supone que son "aleatorias de banda ancha". Esta última es una noción que se debe aplicar al desarrollar un método de identificación ambiental. Los supuestos específicos varían de un método a otro. Independientemente del método utilizado, sin embargo, la identificación modal adecuada requiere que las características espectrales de la respuesta medida reflejen las propiedades de los modos en lugar de las de la excitación.

Pros y contras

La economía de implementación es una de las principales ventajas de las pruebas de vibración ambiental, ya que solo es necesario medir la vibración (de salida) de la estructura. Esto es particularmente atractivo para estructuras de ingeniería civil (por ejemplo, edificios, puentes) donde puede ser costoso o perjudicial realizar pruebas de vibración libre o vibración forzada (con entrada conocida).

La identificación de propiedades modales utilizando datos ambientales tiene desventajas:

  • Los métodos de identificación son más sofisticados. Como la carga no se mide, en el desarrollo del método de identificación, es necesario modelarla (mediante algún proceso estocástico) o eliminar sus efectos dinámicos sobre la respuesta medida. De lo contrario, no es posible explicar las características de los datos basándose únicamente en las propiedades modales.
  • Sin información de carga, las propiedades modales identificadas pueden tener importantes incertidumbres de identificación. En particular, los resultados son tan buenos como el supuesto de banda ancha aplicado.
  • Las propiedades modales identificadas solo reflejan las propiedades en el nivel de vibración ambiental, que generalmente es más bajo que el nivel de capacidad de servicio u otros casos de diseño de interés. Esto es especialmente relevante para la relación de amortiguación, que comúnmente se percibe como dependiente de la amplitud.
  • El sistema de medición debe ser silencioso y sensible, ya que las estructuras vibran principalmente a niveles bajos en sus condiciones operativas.

Métodos

Los métodos de OMA pueden clasificarse ampliamente por dos aspectos, 1) dominio de frecuencia o dominio de tiempo , y 2) Bayesiano o no Bayesiano. Los métodos no bayesianos se desarrollaron antes que los bayesianos. Hacen uso de algunos estimadores estadísticos con propiedades teóricas conocidas para la identificación, por ejemplo, la función de correlación o la densidad espectral de las vibraciones medidas. Los métodos no bayesianos comunes incluyen la identificación del subespacio estocástica (dominio del tiempo) y la descomposición del dominio de la frecuencia (dominio de la frecuencia). Los métodos bayesianos se han desarrollado en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia.

Análisis modal operacional de estructuras en el dominio de la frecuencia y el dominio del tiempo

El objetivo del análisis modal operativo es extraer frecuencias resonantes, amortiguamiento y / o formas operativas (formas de modo sin escala) de una estructura. En ocasiones, este método se denomina análisis modal de solo salida porque solo se mide la respuesta de la estructura. La estructura podría excitarse utilizando condiciones de funcionamiento naturales o podrían aplicarse otras excitaciones a la estructura; sin embargo, siempre que las formas operativas no se escalen en función de la fuerza aplicada, se denomina análisis modal operativo (por ejemplo, las formas operativas de una pala de turbina eólica excitada por un agitador se miden utilizando análisis modal operativo). Este método se ha utilizado para extraer los modos de funcionamiento de un helicóptero en vuelo estacionario.

Análisis modal operacional versus forma de deflexión operacional

Los dos términos, análisis modal operacional y forma de deflexión operacional, son muy similares, pero se refieren a dos enfoques de análisis diferentes. Ambos utilizan datos de vibración ambiental como entradas, pero en el caso de las formas de deflexión operativa, se crea una forma que corresponde a la respuesta de vibración general. Se basa únicamente en la amplitud de la vibración, no se intenta extraer una forma de modo y no se puede obtener una cuantificación de la amortiguación modal. Mientras que el análisis modal operacional, cuando se cumplen los supuestos principales, produce una representación de una característica del sistema en su entorno operativo, una forma de deflexión operacional simplemente extraerá la respuesta del sistema bajo las cargas aplicadas actualmente.

Notas

  • Ver monografías sobre OMA no bayesiano y OMA bayesiano.
  • Ver conjuntos de datos de OMA.

Ver también

Referencias