周囲モード同定は、実稼働モード解析( OMA )とも呼ばれ、構造物がその動作条件下 (つまり初期励起なしまたは既知の人工励起) にあるときに収集された振動データに基づいて、構造物のモード特性を識別することを目的としています。構造物のモード特性には、主に固有振動数、減衰比、モード形状が含まれます。周囲振動テストでは、対象となる構造物は、測定されないものの「広帯域ランダム」であると仮定されるさまざまな励起源の下にある可能性があります。後者は、周囲同定法を開発する際に適用する必要がある概念です。具体的な仮定は方法ごとに異なります。ただし、使用する方法に関係なく、適切なモード同定には、測定された応答のスペクトル特性が励起の特性ではなくモードの特性を反映することが必要です。
長所と短所
常時振動試験の主な利点の一つは、構造物の（出力）振動のみを測定すればよいため、実施経済性が高いことです。これは、自由振動試験や強制振動試験（入力が既知）を実施するには費用がかさみ、作業の中断を招く可能性がある土木構造物（建物、橋梁など）にとって特に魅力的です。
アンビエント データを使用してモーダル プロパティを識別することには欠点があります。
- 同定手法はより洗練されています。荷重は測定されないため、同定手法の開発においては、荷重を（何らかの確率過程によって）モデル化するか、測定された応答に対する荷重の動的影響を除去する必要があります。そうでなければ、モード特性のみに基づいてデータの特性を説明することはできません。
- 荷重情報がない場合、同定されたモード特性には大きな同定不確実性が生じる可能性があります。特に、結果は広帯域仮定を適用した場合と同程度に良好です。
- 特定されたモーダル特性は、周囲振動レベルにおける特性のみを反映しており、これは通常、実用レベルや他の設計ケースよりも低い値です。これは、一般的に振幅に依存すると認識されている減衰比に特に当てはまります。
- 構造物は動作状態では主に低レベルで振動するため、測定システムは低ノイズかつ高感度である必要があります。[1]
方法
OMAの手法は、1)周波数領域か時間領域か、2)ベイズ的か非ベイズ的かという2つの側面から大まかに分類できます。非ベイズ的手法はベイズ的手法よりも早く開発されました。非ベイズ的手法では、相関関数や測定された振動のスペクトル密度など、既知の理論的特性を持つ統計的推定量を用いて同定を行います。一般的な非ベイズ的手法には、確率的部分空間同定[2]（時間領域）と周波数領域分解[3]（周波数領域）があります。ベイズ的手法は、時間領域[4]と周波数領域[5]で開発されてきました。[6 ] [7]
構造物の周波数領域および時間領域の動作モード解析
実運用モーダル解析の目的は、構造物の共振周波数、減衰、および／または動作形状（スケーリングされていないモード形状）を抽出することです。この手法は、構造物の応答のみを測定するため、出力のみのモーダル解析と呼ばれることもあります。構造物は、自然動作条件を用いて励起される場合もあれば、他の励起が加えられる場合もあります。[8]しかし、動作形状が加えられた力に基づいてスケーリングされていない限り、実運用モーダル解析と呼ばれます（例えば、加振機によって励起された風力タービンブレードの動作形状は、実運用モーダル解析によって測定されます[9]）。この手法は、ホバリング中のヘリコプターの動作モードの抽出に使用されています。[10]
実稼働モード解析と実稼働たわみ形状
実稼働モード解析と実稼働たわみ形状という2つの用語は非常に似ていますが、異なる解析手法を指します。どちらも周囲の振動データを入力として使用しますが、実稼働たわみ形状の場合、全体的な振動応答に対応する形状が作成されます。これは振動振幅のみに基づいており、モード形状の抽出は行われず、モーダル減衰の定量化も行われません。実稼働モード解析は、主要な仮定が満たされている場合、動作環境におけるシステム特性の表現を生成しますが、実稼働たわみ形状は、現在適用されている荷重下でのシステム応答を単純に抽出します。[11]
注記
- 非ベイジアンOMA [2] [12] [13]およびベイジアンOMA [7]に関するモノグラフを参照。
- OMAデータセットを参照。[14]
参照
参考文献
- ^ Ghalishooyan, M.; Shooshtari (2015年5月12～14日). 「実稼働モーダル解析技術とその理論的・実践的側面：包括的なレビューと入門」第5回国際実稼働モーダル解析会議 (IOMAC 2015). ヒホン、スペイン.
- ^ ab Van Overschee, P.; De Moor, B. (1996).線形システムの部分空間同定. ボストン: Kluwer Academic Publisher.
- ^ Brincker, R.; Zhang, L.; Andersen, P. (2001). 「周波数領域分解を用いた出力のみのシステムのモーダル同定」(PDF) . Smart Materials and Structures . 10 (3): 441. Bibcode :2001SMaS...10..441B. doi :10.1088/0964-1726/10/3/303. S2CID 250917814.
- ^ Yuen, KV; Katafygiotis, LS (2001). 「周囲データを用いたモーダル更新のためのベイズ時間領域アプローチ」.確率工学力学. 16 (3): 219– 231. doi :10.1016/S0266-8920(01)00004-2.
- ^ Yuen, KV; Katafygiotis, LS (2001). 「ベイズスペクトル密度法による環境データを用いたモーダル更新」.地震工学と構造力学. 30 (8): 1103– 1123. doi :10.1002/eqe.53. S2CID 110355068.
- ^ Yuen, KV; Katafygiotis, LS (2003). 「ベイズ高速フーリエ変換を用いた環境データを用いたモーダル更新アプローチ」.構造工学の進歩. 6 (2): 81– 95. doi :10.1260/136943303769013183. S2CID 62564168.
- ^ ab Au, SK (2017). オペレーショナルモーダル解析：モデリング、推論、不確実性法則. Springer.
- ^ ハイブリッドデータを使用したモード特性評価の改善
- ^ ステレオ写真測量法を用いた風力タービンブレードの振動測定
- ^ Lundstrom, Troy; Baqersad, Javad; Niezrecki, Christopher (2013). 「高速ステレオ写真測量法を用いたロビンソンR44ヘリコプターの運航データ収集」.構造力学特集号 第6巻. 実験力学学会大会論文集. pp. 401– 410. doi :10.1007/978-1-4614-6546-1_44. ISBN 978-1-4614-6545-4。
- ^ 「実稼働モード解析と実稼働たわみ形状」。community.sw.siemens.com。
- ^ Schipfors, M.; Fabbrocino, G. (2014). 土木構造物の運用モード解析. Springer.
- ^ Brincker, R.; Ventura, C. (2015). 実運用モード解析入門. John Wiley & Sons. doi :10.1002/9781118535141. ISBN 9781118535141。
- ^ 「運用モード解析データバース」。
