Αναγνώριση και πειραματική πιστοποίηση μοντέλων κατασκευών

Abstract

Η αναγνώριση των δυναμικών χαρακτηριστικών ενός μηχανικού συστήματος, αφορά τον προσδιορισμό παραμέτρων όπως οι ιδιοσυχνότητες, οι ιδιόμορφες και οι συντελεστές απόσβεσής του. Η γνώση των χαρακτηριστικών αυτών είναι πολύ σημαντική για τον προσδιορισμό της δυναμικής του συμπεριφοράς, τη δημιουργία μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων και την αναθεώρησή τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται ακριβής μοντελοποίηση και πειραματική επιβεβαίωση (ως προς την δυναμική συμπεριφορά) τριών συστημάτων, η δομή των οποίων προσομοιάζει κτιριακή κατασκευή. Το πρώτο βασικό σύστημα αποτελεί και τον πρώτο βασικό όροφο της κατασκευής, βάσει του οποίου θα κατασκευαστούν τα υπόλοιπα δύο συστήματα με ακριβή επανάληψή του. Αποτελείται από μια κατακόρυφα τοποθετημένη αλουμινένια πλάκα στο πάνω μέρος της οποίας έχει προσαρτηθεί μια δεύτερη οριζόντια τοποθετημένη αλουμινένια πλάκα. Η σύνδεση των στοιχείων αυτών γίνεται με τη βοήθεια γωνιών από χάλυβα και κοχλιών. Έτσι, τελικά, προκύπτουν τρία μηχανικά συστήματα μονοόροφης, διόροφης και τριόροφης διάταξης, κατασκευασμένα με τρία βασικά στοιχεία, οι διαστάσεις των οποίων προσδιορίζονται κατάλληλα. Ο έλεγχος - διαστασιολόγηση των στοιχείων και κατ επέκταση του συστήματος, γίνεται με βάση κάποια κριτήρια και περιορισμούς που εξασφαλίζουν ότι η στατική και δυναμική συμπεριφορά που θα εμφανίσει αυτό, θα είναι αποδεκτή για την υλοποίηση αυτής της εργασίας. Μετά την εύρεση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων των στοιχείων, ακολουθεί πλήρης μοντελοποίηση του πρώτου βασικού μηχανικού συστήματος με τρεις διαφορετικές μεθόδους πεπερασμένων στοιχείων, χρησιμοποιώντας κατάλληλο λογισμικό. Διεξάγεται ανάλυση η οποία εξασφαλίζει την δημιουργία ενός ρεαλιστικού μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων, δηλαδή ενός μοντέλου που θα προσεγγίζει όσο το δυνατόν καλύτερα τη δυναμική συμπεριφορά του πραγματικού συστήματος. Στη συνέχεια, διεξάγεται μελέτη της σύγκλισης των τιμών των ιδιομορφών που προβλέπονται από τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων, για διαφορετικής διακριτοποίησης πλέγματα, η οποία έχει ως στόχο την επιλογή της βέλτιστης διακριτοποίησης, για κάθε μεθόδο μοντελοποίησης ξεχωριστά. Τέλος, συγκρίνονται οι τρείς μέθοδοι μοντελοποίησης μεταξύ τους, ως προς τα αποτελέσματα, με στόχο την επιλογή της πιο κατάλληλης, λαμβάνοντας υπόψη και παραμέτρους, όπως για παράδειγμα ο χρόνος επίλυσης του εκάστοτε μοντέλου. Ακολουθεί η περιγραφή του εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε για την διεξαγωγή των πειραματικών μετρήσεων και στη συνέχεια η κατασκευή βελτιωμένων πεπερασμένων στοιχείων, τα οποία λαμβάνουν υπόψη τη μάζα των επιταχυνσιομέτρων στις θέσεις που αυτά τοποθετούνται. Μετά την διεξαγωγή των πειραματικών μετρήσεων, δηλαδή την καταγραφή των χρονοϊστοριών της διέγερσης/απόκρισης των τριών συστημάτων, ακολουθεί η αναγνώριση της δυναμικής συμπεριφοράς τους, γνωστή ως ιδιομορφική αναγνώριση. Η ανάλυση αυτή πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια λογισμικού, που έχει αναπτύχθει στο Εργαστήριο Δυναμικής Συστημάτων του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Το λογισμικό περιέχει εύχρηστο γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης με το χρήστη και επιτρέπει την πλήρη διερεύνηση - ανάλυση των σημάτων καθώς και την εύρεση των ιδιομορφικών χαρακτηριστικών μιας κατασκευής (ιδιοσυχνότητες, ιδιομορφές και συντελεστές απόσβεσης), όταν αυτή διεγερθεί με διάφορους τρόπους. Τέλος, διεξάγεται λεπτομερής σύγκριση των ιδιομορφικών λύσεων που προκύπτουν από τα πειραματικά δεδομένα με τις αντίστοιχες λύσεις των μοντέλων πεπερασμένων στοιχείων και εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την απόδοση της μοντελοποίησης. Για να βελτιωθούν τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων, η τιμή για το μέτρο ελαστικότητας, που χρησιμοποιείται στα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων, αναθεωρείται έτσι ώστε οι προβλεπόμενες τιμές για τις ιδιοσυχνότητες να συγκλίνουν με αυτές των μετρήσεων.