Апробация методики идентификации параметров жесткости пространственных конструкций на экспериментальных стендах
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-2-44-60Ключевые слова:
выявление повреждений, эксперимент, динамические характеристики, конечно-элементная модель, метод стоячих волнАннотация
Разработанная математически формализованная методика идентификации параметров жесткости математических (конечно-элементных) моделей пространственных конструкций апробирована на двух стендовых физических моделях «Конструктор» и «Этажерка». Особенностью стенда «Конструктор» является чувствительность частот и форм собственных колебаний значимой части спектра к вносимому намеренному повреждению, особенностью стенда «Этажерка» – бо́льшая индифферентность значимой части спектра к вносимым повреждениям. Выполнена идентификация параметров жесткости и дефектов различных состояний стендов. Показал практическую эффективность предложенный алгоритм выделения приоритетных компонент минимизации, обеспечивающий корректную идентификацию в условиях значимого, «контрастного» изменения значимой части спектра и значительно повышающий вычислительную эффективность эквивалентной задачи минимизации. Для детального исследования резонансных характеристик использован метод стоячих волн в оцифрованном варианте. Получены корректные результаты апробации для стенда «Конструктор». Для стенда «Этажерка» влияние погрешностей приводит к ошибкам локализации дефекта по высоте (уровню) повреждаемой «колонны», преодоление которых в рамках предложенной методики возможно за счет повышения точности компонент векторов форм или исследования более высоких общесистемных частот / форм собственных колебаний. В целом, результаты апробации показывают, что подход применим для исследования пространственных расчетных схем и может быть востребован, в том числе, как составная часть информационно-аналитико-математических моделей цифровых двойников (digital twins) в составе современных систем динамического мониторинга.Библиографические ссылки
Ватульян А. О. Коэффициентные обратные задачи механики. М. : Физматлит, 2019. 272 с.
Hansen P. C. Analysis of discrete illposed problems by means of the L-curve // SIAM Review. 1992. No. 34. Pр. 561-580.
Bui H.D. Fracture Mechanics. Inverse Problems and Solutions. Springer, 2006. 375 p.
Chen B., Nagarajaiah S. Flexibility-based structural damage identification using Gauss–Newton method // Sadhana. 2013. Vol. 38, no. 4. Pp. 557-569.
Kang J. S., Yeo I. H., Lee H. S., Shin S. B. Structural damage detection using modal data with regularization technique // 15th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology Post-Conference (Post-smirt15). Cheju, South Korea: 1999.
Farrar C. R., Cone K. M. Vibration testing of the I-40 bridge before and after the introduction of damage // Proc. 13th Int. Modal Anal. Conf. 1995. Pp. 203-209.
Zimmerman D. C., Kaouk M. Eigenstructure assignment approach for structural damage detection // AIAA. 1992. No. 30 (7). Pp. 1848-1855.
Marwala T. Finite element model updating using computational intelligence techniques. London: Springer, 2010. 250 p.
Shabbir F., Khan M. I., Naveed A., Tahir M. F., Ejaz N., Hussain J. Structural Damage Detection with Different Objective Functions in Noisy Conditions Using an Evolutionary Algorithm // Applied Sciences. 2017. Vol. 7, Iss. 12. Pp. 2076-3417.
Entezami А., Shariatmadar H. Damage detection in structural systems by improved sensitivity of modal strain energy and Tikhonov regularization method // International Journal of Dynamics and Control. 2014. No. 2. Pp. 509-520.
Villalba-Morales J.D., Laier J. E. Assessing the performance of a differential evolution algorithm in structural damage detection by varying the objective function // DYNA. 2014. Vol. 81, Iss. 188. Pp. 106-115.
Alkayem N.F., Cao M., Zhang Y., Bayat M., Su Zh. Structural damage detection using finite element model updating with evolutionary algorithms a survey // Neural Computing and Applications. 2018. No. 30. Pp. 389-411.
Методика уточнения конечно-элементной модели механической системы с помощью анализа чувствительности [Электронный ресурс] / С. М. Николаев, И. А. Киселёв, В. А. Жулёв, П. С. Воронов // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана : электрон. журн. 2014. № 1. C. 128–136. URL: http://engineering-science.ru/file/ out/755815 (accessed 10.06.2020). DOI: 10.7463/ 1214.0751548.
Забелин А. В., Пыхалов А. А. Валидация конечно-элементных моделей и алгоритм ее реализации // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2017. № 3. C. 216–233. DOI: 10.15593/perm.mech/2017.3.13.
Friswell M. I., Mottershead J. E. Finite element model updating in structural dynamics. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 1995. 304 p.
Weber B., Paultre P., Proulx J. Damage Detection of an Aluminum Truss Using Tikhonov Regularization // Conference & Exposition on Structural Dynamics (IMAC-XXIV). St. Louis, Missouri, United States: 2006.
Новиков П. И. Численно-аналитическая методика идентификации параметров жесткости пространственных конструкций на основе минимизации различия расчетных (конечноэлементных) и натурных динамических характеристик // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18. № 3. С. 64–71. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-3-64-71.
Кухта А. В. Экспериментальные стенды «Конструктор», «Плита» и «Створ» научно-образовательного центра мониторинга МГСУ // Предотвращение аварий зданий и сооружений : электрон. журн. 2013. №1. С. 46-59. URL: http://www.pamag.ru/src/designer-plate_target/ designer-plate_target.pdf (accessed 10.06.2020).
Адаптируемые конечноэлементные модели в основе динамического мониторинга несущих конструкций высотных зданий. Часть 2. Верификация методики на стендовых моделях / А. М. Белостоцкий, Д. К. Каличава, А. И. Нагибович, Н. О. Петряшев, С. О. Петряшев // Int. Jour. for Computational Civil and Structural Engineering. 2012. Vol. 8, Iss. 4. С. 28–42.
Каличава Д. К. Адаптивные динамические конечноэлементные модели в основе мониторинга несущих конструкций высотных зданий : дис. ... канд. техн. наук: 05.13.18. М., 2012. 149 с.
Еманов А. Ф. Восстановление когерентных составляющих волновых полей в сейсмике: дис. ... д-ра техн. наук: 25.00.10. Новосибирск, 2004. 279 с.
