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Análisis modal operacional

La identificación modal ambiental , también conocida como análisis modal operacional ( OMA ), tiene como objetivo identificar las propiedades modales de una estructura basándose en datos de vibración recopilados cuando la estructura está 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 , los coeficientes de amortiguamiento y las formas modales . En una prueba de vibración ambiental , la estructura objeto puede estar bajo 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. Las suposiciones específicas varían de un método a otro. Sin embargo, independientemente del método utilizado, 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 ventaja principal de las pruebas de vibración ambiental, ya que solo es necesario medir la vibración (de salida) de la estructura. Esto es particularmente atractivo para las estructuras de ingeniería civil (por ejemplo, edificios, puentes) donde puede resultar costoso o disruptivo realizar pruebas de vibración libre o forzada (con entrada conocida).

La identificación de propiedades modales utilizando datos ambientales tiene desventajas:

Métodos

Los métodos de OMA se pueden clasificar ampliamente en dos aspectos, 1) dominio de frecuencia o dominio de tiempo , y 2) bayesianos o no bayesianos. 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 vibraciones medidas. Los métodos no bayesianos comunes incluyen la identificación del subespacio estocástico [2] (dominio de tiempo) y la descomposición del dominio de frecuencia [3] (dominio de frecuencia). Los métodos bayesianos se han desarrollado en el dominio de tiempo [4] y en el dominio de frecuencia. [5] [6] [7]

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

El objetivo del análisis modal operacional es extraer frecuencias resonantes, amortiguamiento y/o formas operativas (formas de modo no escaladas) de una estructura. Este método a veces se denomina análisis modal de solo salida porque solo se mide la respuesta de la estructura. La estructura puede excitarse utilizando condiciones operativas naturales o se pueden aplicar otras excitaciones a la estructura; [8] sin embargo, siempre que las formas operativas no se escalen en función de la fuerza aplicada, se denomina análisis modal operacional (por ejemplo, las formas operativas de una pala de turbina eólica excitada por un vibrador se miden utilizando el análisis modal operacional [9] ). Este método se ha utilizado para extraer modos operativos de un helicóptero en vuelo estacionario. [10]

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 Operacional, se crea una forma que corresponde a la respuesta de vibración general. Se basa únicamente en la amplitud de vibración, no se intenta extraer una forma modal 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. [11]

Notas

Véase también

Referencias

  1. ^ Ghalishooyan, M.; Shooshtari (12–14 de mayo de 2015). Técnicas de análisis modal operacional y sus aspectos teóricos y prácticos: una revisión exhaustiva e introducción. 5.ª Conferencia Internacional de Análisis Modal Operacional (IOMAC 2015). Gijón, España.
  2. ^ ab Van Overschee, P.; De Moor, B. (1996). Identificación de subespacios para sistemas lineales . Boston: Kluwer Academic Publisher.
  3. ^ Brincker, R.; Zhang, L.; Andersen, P. (2001). "Identificación modal de sistemas de solo salida mediante descomposición en el dominio de la frecuencia" (PDF) . Materiales y estructuras inteligentes . 10 (3): 441. Bibcode :2001SMaS...10..441B. doi :10.1088/0964-1726/10/3/303. S2CID  250917814.
  4. ^ Yuen, KV; Katafygiotis, LS (2001). "Enfoque bayesiano en el dominio del tiempo para la actualización modal utilizando datos ambientales". Mecánica de ingeniería probabilística . 16 (3): 219–231. doi :10.1016/S0266-8920(01)00004-2.
  5. ^ Yuen, KV; Katafygiotis, LS (2001). "Enfoque de densidad espectral bayesiano para actualización modal utilizando datos ambientales". Ingeniería sísmica y dinámica estructural . 30 (8): 1103–1123. doi :10.1002/eqe.53. S2CID  110355068.
  6. ^ Yuen, KV; Katafygiotis, LS (2003). "Enfoque bayesiano de transformada rápida de Fourier para actualización modal utilizando datos ambientales". Avances en ingeniería estructural . 6 (2): 81–95. doi :10.1260/136943303769013183. S2CID  62564168.
  7. ^ ab Au, SK (2017). Análisis modal operacional: modelado, inferencia, leyes de incertidumbre. Springer.
  8. ^ Caracterización modal mejorada utilizando datos híbridos
  9. ^ Uso de la estereofotogrametría para medir las vibraciones de las palas de una turbina eólica
  10. ^ Lundstrom, Troy; Baqersad, Javad; Niezrecki, Christopher (2013). "Uso de estereofotogrametría de alta velocidad para recopilar datos operativos en un helicóptero Robinson R44". Temas especiales en dinámica estructural, volumen 6. Actas de congresos de la serie Society for Experimental Mechanics. págs. 401–410. doi :10.1007/978-1-4614-6546-1_44. ISBN 978-1-4614-6545-4.
  11. ^ "Análisis modal operacional vs forma de deflexión operacional". community.sw.siemens.com .
  12. ^ Schipfors, M.; Fabbrocino, G. (2014). Análisis modal operacional de estructuras de ingeniería civil. Springer.
  13. ^ Brincker, R.; Ventura, C. (2015). Introducción al análisis modal operacional. John Wiley & Sons. doi :10.1002/9781118535141. ISBN 9781118535141.
  14. ^ "Análisis modal operativo Dataverse".