Ανάλυση και αναγνώριση δυναμικών συστημάτων με το λογισμικό ADAMS

Abstract

Στόχος αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη λογισμικού που θα επιτρέπει την αναγνώριση κατασκευών χρησιμοποιώντας το λογισμικό πακέτο ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems). Ως μοντέλο κατασκευής, επιλέγεται μία εργαστηριακή κατασκευή μικρής κλίμακας η οποία εδράζεται σε τράπεζα ταλαντώσεων. Το μοντέλο της κατασκευής βασίζεται στην πειραματική κατασκευή που βρίσκεται στο Εργαστήριο Δυναμικής Συστημάτων του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Έχει δειχθεί ότι η εργαστηριακή κατασκευή μπορεί να προσομοιωθεί ως σύστημα τριών μαζών συνδεδεμένες με ελατήρια-αποσβεστήρες. Το μοντέλο της τράπεζας ταλαντώσεων επιλέχθηκε λόγω της ευρείας χρήσης της στην προσομοίωση σεισμικών δονήσεων του εδάφους και στην μελέτη των αποτελεσμάτων που αυτές επιφέρουν σε μοντέλα κατασκευών, κτιρίων και μηχανών που επηρεάζονται από ταλαντώσεις. Αφορμή επίσης αποτέλεσε η προβλεπόμενη εγκατάσταση μίας τέτοιας τράπεζας διέγερσης στο νέο κτίριο των Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Η τράπεζα ταλαντώσεων κινείται μέσω υδραυλικού διεγέρτη ενώ η δύναμη αντιστήριξης μεταφέρεται στη βάση του διεγέρτη και της τράπεζας. Ο περιβάλλων χώρος αποτελείται από το δάπεδο του εργαστηρίου και το κτίριο στο οποίο στεγάζεται το εργαστήριο. Για την περιγραφή της κίνησης και της αλληλεπίδρασης του σύνθετου συστήματος κατασκευής- τράπεζας διέγερσης- περιβάλλοντος χώρου αναπτύχθηκαν οι εξισώσεις κίνησης και στη συνέχεια επιλύθηκαν με το ADAMS. Επίσης έγινε παραμετρική ανάλυση για τη διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του συνολικού συστήματος και τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ του συστήματος τράπεζας ταλαντώσεων-εργαστηριακής κατασκευής και του περιβάλλοντος χώρου. Τέλος, παρουσιάζεται η θεωρία της αναγνώρισης και αναπτύσσεται το κατάλληλο λογισμικό με το οποίο γίνεται η αναγνώριση συστημάτων στο ADAMS. Η μεθοδολογία της αναγνώρισης τελικά καταλήγει σε πρόβλημα βελτιστοποίησης πολλών παραμέτρων. Αυτό απαίτησε την ανάπτυξη υπορουτινών οι οποίες συνδέθηκαν με το ADAMS για την επίτευξη της αναγνώρισης και οι οποίες είναι γενικές και δεν εξαρτώνται από το σύστημα το οποίο αναλύεται. Η διπλωματική εργασία χωρίζεται σε 3 Κεφάλαια. Αναλυτικότερα, στο Κεφάλαιο 1 εξάγονται οι εξισώσεις κίνησης για το σύστημα με μοντέλο κατασκευής π βαθμών ελευθερίας και κτίριο Ν ορόφων, ενώ εκτενέστερη ανάλυση γίνεται για την περίπτωση που η-Ν - 3. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται ανάλυση ιδιοτιμών και παρατίθενται οι συναρτήσεις μεταφοράς του συστήματος με σκοπό τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ της ταλάντωσης του μοντέλου της κατασκευής και του περιβάλλοντος χώρου. Επιθυμητό αποτέλεσμα είναι η κίνηση της τράπεζας να μη μεταφέρεται στο δάπεδο και συγχρόνως η κίνηση του κτιρίου να μη μεταδίδεται στην τράπεζα, αλλοιώνοντας με αυτό τον τρόπο τα πειραματικά αποτελέσματα. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται η μεθοδολογία αναγνώρισης κατασκευών και η διαδικασία ανάπτυξης των υπορουτινών που χρησιμοποιούν το ADAMS έτσι ώστε να εισάγουν τα πειραματικά δεδομένα, να λαμβάνουν τις αποκρίσεις του μοντέλου, να σχηματίζουν την αντικειμενική συνάρτηση αναγνώρισης και να την εισάγουν στους κατάλληλα επιλεγμένους αλγόριθμους βελτιστοποίησής της. Στα Παραρτήματα A, Β, και Γ παρατίθενται οι υπορουτίνες αναγνώρισης και οι αντίστοιχες μεταβλητές και συναρτήσεις που δημιουργούνται στο ADAMS. Στο Παράρτημα Δ περιγράφεται το υδραυλικό σύστημα που χρησιμοποιήθηκε για να μοντελοποιήσει τη δύναμη του διεγέρτη και παρατίθενται οι παραδοχές που ισχύουν για το διεγέρτη, όπως αναφέρονται στη Βοήθεια του λογισμικού ADAMS.