Μορφική αναγνώριση κατασκευών και μοντελοποίηση συστημάτων με δυναμικές μετρήσεις

Abstract

Η αναγνώριση των ταλαντωτικών χαρακτηριστικών μιας κατασκευής αφορά τον προσδιορισμό ποσοτήτων όπως οι ιδιοσυχνότητες, οι ιδιομορφές και οι συντελεστές απόσβεσης. Η γνώση των ταλαντωτικών χαρακτηριστικών μιας κατασκευής είναι σημαντική για τον προσδιορισμό της δυναμικής συμπεριφοράς της, την αναθεώρηση και τη δημιουργία αξιόπιστων μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων όπως επίσης και τη διάγνωση βλαβών της κατασκευής. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, λαμβάνει χώρα η αναγνώριση μορφικών χαρακτηριστικών διάφορων δομικών καταστάσεων των μεταλλικών κατασκευών του Εργαστηρίου Δυναμικής Συστημάτων του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών Βιομηχανίας. Συγκεκριμένα, το εργαστήριο διαθέτει δύο κατασκευές, μία τριώροφη μεταλλική κατασκευή η δομή της οποίας θα μπορούσε να παρομοιαστεί με μία κτιριακή κατασκευή, και μία μεταλλική κατασκευή που αποτελείται από μία επιμήκη ορθογωνική χαλύβδινη πλάκα που στηρίζεται σε δύο βάσεις από μπετόν, η δομή της οποίας μπορεί να παραλληλιστεί με μία γέφυρα, στην περίπτωση δε που μεταξύ των άκρων της και των βάσεων παρεμβληθούν ελαστικά εφέδρανα η κατασκευή αποτελεί ένα απλοποιημένο μοντέλο ενός ακίνητου οχήματος που στηρίζεται επάνω στις αναρτήσεις του. Τα αποτελέσματα της μορφικής αναγνώρισης των κατασκευών αυτών χρησιμοποιούνται για την αναθεώρηση μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων, που έχουν κατασκευαστεί κατά τρόπο τέτοιο ώστε να προσομοιώνουν τις εν λόγω κατασκευές. Για τη διεκπεραίωση των παραπάνω διαδικασιών, χρησιμοποιήθηκε η θεωρία στην οποία στηρίζονται οι μέθοδοι μορφικής αναγνώρισης για την περίπτωση ταλάντωσης λόγω κρουστικής διέγερσης, δημιουργήθηκαν τα μοντέλα των πεπερασμένων στοιχείων των κατασκευών και εφαρμόστηκαν μέθοδοι αναθεώρησης μοντέλων που αποσκοπούσαν στην εκλογή του βέλτιστου μοντέλου που προβλέπει με το ελάχιστο δυνατό σφάλμα τα μετρούμενα μορφικά χαρακτηριστικά. Η εργασία αποτελείται από πέντε ενότητες, που συνιστούν τρία γενικότερα τμήματα, το θεωρητικό, τις εφαρμογές και την αναθεώρηση μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων των κατασκευών. Στο πρώτο τμήμα, το θεωρητικό, που εκτείνεται στις δύο πρώτες ενότητες αναπτύσσεται η θεωρία της μορφικής αναγνώρισης, ορίζεται η συνάρτηση σφάλματος και παρουσιάζονται οι μέθοδοι ελαχιστοποίησης της. Το δεύτερο τμήμα, που αφορά την τρίτη ενότητα της εργασίας, αναφέρεται στον πειραματικό προσδιορισμό των μορφικών χαρακτηριστικών των κατασκευών και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μορφικής ανάλυσης για διάφορες δομικές καταστάσεις των κατασκευών. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε κώδικας Matlab που ελέγχει τη διαδικασία των πειραματικών μετρήσεων με σκοπό να λαμβάνονται τα αποτελέσματα απευθείας από το εν λόγω πρόγραμμα και να αυτοματοποιείται έτσι η διαδικασία μορφικής αναγνώρισης. Τέλος στο τρίτο τμήμα, παρουσιάζονται το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων της κατασκευής και πραγματοποιείται αναθεώρηση της. Στην πέμπτη ενότητα, συνοψίζονται συμπεράσματα και προτάσεις για επιπλέον μελέτη.