Slide 1

UTILIZAREA IDENTIFICARII DINAMICE IN
MONITORIZAREA COMPORTARII CONSTRUCTIILOR

Constantin Gavriloaia
Dorina Isopescu
Mihai Budescu
Gheorghe Albu
Radu Canarache
- 2013 -


Slide 2

Cuprins
1. Metode de identificare dinamică
1.1 Identificare dinamică cu sursă de excitație artificială
1.2 Identificare dinamică cu sursă de excitație naturală

2. Sisteme de identificare dinamică
2.1 Generatoare de vibrații
2.2 Captori pentru măsurarea vibrațiilor
2.3 Aparatura pentru achiziția și prelucrarea semnalelor
2.4 Criteriul de asigurare modală (MAC)

3. Studii de caz
3.1 Comparaţia caracteristicilor dinamice determinate experimental ale unui pod la vibrații

din mediu și vibrații forțate
3.2 Calibrarea modelului de calcul a unei structuri în cadre din beton armat în funcție de
parametrii dinamici determinați experimental
3.3 Măsurarea caracteristicilor dinamice la Palatul Culturii Iași
3.4 Calibrarea modelului de calcul la un planșeu din lemn utilizând programul Femtools

4. Concluzii


Slide 3

1.1 Identificare dinamică cu sursă de excitaţie artificială
G en erator
d e vibratii

C aptor 3
m3

A m plificator
C aptor 3
m2
O scilator
C aptor 1
m1

H ( j ) 

G YY ( j )
G X X ( j )

S istem de ach izitie de date
convertor analog -num eric

S istem de calcul

H(jω) – matricea densităţii spectrale de putere de a sistemului;
Gxx(jω) – matricea densităţii spectrale de putere a intrării;
Gyy(jω) – matricea densităţii spectrale de putere a răspunsului.

P rogram de calcul
specializat p entru
identificare dinam ica

F recvente, m oduri
p roprii de vibratie,
am ortizare


Slide 4

1.2 Identificare dinamică cu sursă de excitație naturală
• metoda de descompunerii domeniului de frecvență
• metoda de identificare aleatoare a subspațiului
Artemis Modal


Slide 5

2.1 Generatoare de vibrații
• mecanice
• hidraulice
• electrodinamice


Slide 6

2.2 Captori pentru măsurarea vibrațiilor

 <  captor de acceleraţii
 > captor de viteze sau deplasări

 

k
m


Slide 7

2.2 Captori pentru măsurarea vibrațiilor
Captori de viteză


Slide 8

2.2 Captori pentru măsurarea vibrațiilor
Captori de accelerație

CARCASA
RESORT

M ASA

S U R U B D E T E N S IO N A R E

C R IS TA L P IE Z O E LE C T R IC
C A B LU

SUPORT


Slide 9

2.3 Aparatura pentru achiziția și prelucrarea semnalelor
• schema bloc
• forma tipica semnal
• analiza Fourier (FFT)
S em nal
A nalo gic

C on vertor
A /D

In trare

FFT

A fisare
In reg istrare

M ed iere

30
20
10
0
-10
-20
-30
-40

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50
Time

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100


Slide 10

2.3 Aparatura pentru achiziția și prelucrarea semnalelor
• perioada de esantionare
• rezoluția FFT

T m ax  N F F T  T s 

N FFT
2  Fm ax

NFFT – numărul de eșantioane FFT (2n);
Ts – perioada de eşantionare;
Tmax – perioada de înregistare;
Fmax – frecvenţa maximă.


Slide 11

2.4 Criteriul de asigurare modală (MAC)


Slide 12

3.1 Comparaţia caracteristicilor dinamice determinate experimental ale unui
pod la vibraţii din mediu şi vibraţii forţate

S1

S2

4.5 m

S3

4.5 m
18 m

S4

4.5 m

S1

4.5 m

S2

4.5 m

S3

4.5 m
18 m

S4

4.5 m

4.5 m


Slide 13

3.1 Comparaţia caracteristicilor dinamice determinate experimental ale unui
pod la vibraţii din mediu şi vibraţii forţate
Sursa de excitatie


Slide 14

3.1 Comparaţia caracteristicilor dinamice determinate experimental ale unui
pod la vibraţii din mediu şi vibraţii forţate


Slide 15

3.1 Comparaţia caracteristicilor dinamice determinate experimental ale unui
pod la vibraţii din mediu şi vibraţii forţate
Moduri proprii de vibrație
Mod 2

Mod 1
1.20

Camion 10 Km/h cu frânare

1.00

Camion 30 Km/h

1.00

Camion 40 Km/h

0.50

0.80
0.60

Excavator peste obstacol

0.40

1.50

Mișcare naturală

-1.00

Excavator cu cupa

-1.50

0.00

0

5

10
Distanța (m)

15

Camion 30 Km/h
Camion 40 Km/h

0.00

-0.50

0.20

Camion 10 Km/h cu frânare

0

5

10

15
Excavator peste obstacol
Mișcare naturală

Distanța (m)

Excavator cu cupa


Slide 16

3.2 Calibrarea modelului de calcul a unei structuri în cadre din beton
armat în funcţie de parametrii dinamici determinați experimental


Slide 17

3.2 Calibrarea modelului de calcul a unei structuri în cadre din beton
armat în funcţie de parametrii dinamici determinați experimental
Moduri proprii în plan vertical, Criteriul de asigurare modala MAC


Slide 18

3.2 Calibrarea modelului de calcul a unei structuri în cadre din beton
armat în funcţie de parametrii dinamici determinați experimental
Moduri proprii în plan orizontal , Analiza FFT


Slide 19

3.2 Calibrarea modelului de calcul a unei structuri în cadre din beton
armat în funcţie de parametrii dinamici determinați experimental
Calibrarea modelului. Comparație forme moduri proprii


Slide 20

3.3 Măsurarea caracteristicilor dinamice la Palatul Culturii Iaşi

P unct 6 (E taj 1)

P unct 1 1 (E taj 2)

P un ct 2 (S u bsol -2)

P unct 7 (E taj 1)

P un ct 1 2 (P od)

P un ct 3 (P arter)

P unct 8
(E taj 1 T urn)

P un ct 1 3 (P od)

P un ct 4 (P arter)

P unct 9 (E taj 1)

P un ct 1 4 (P od)

P un ct 5 (P arter)

P unct 1 0 (E taj 2)

P unct 1 5 (P od T u rn)

10m

P un ct 1 (A fara)


Slide 21

3.3 Măsurarea caracteristicilor dinamice la Palatul Culturii Iaşi
Frecvenţe proprii structura palat:
• direcţie transversală 3.3 Hz (2.55 Hz măsurători 1993) (mod 1 de vibraţie)
• direcţie longitudinală 3.55 Hz (3.25 Hz măsurători 1993) (mod 2 de vibraţie)


Slide 22

3.4 Calibrarea modelului de calcul la un planșeu din lemn utilizând
programul Femtools
Alcătuirea planșeului:
- dimensiuni în plan 3x4 m
- 5 grinzi de tip MiTek Posi-Joists
- înălțime grinzi 204 mm
- dimensiunile sectiunilor talpilor 98x48 mm
- elementele de prindere din oțel galvanizat cu
grosimea de 1 mm


Slide 23

3.4 Calibrarea modelului de calcul la un planșeu din lemn utilizând
programul Femtools
Identificare dinamică Artemis Extractor
- 7 accelerometre
- schema de dispunere
- sursa de excitație
- răspuns plașeu
- perioadă eșantionare 1 ms

B4=11

A6=7
A4=6

B2=10
A2=5
A0=4
A1=3
A3=2
A5=1

B1=9
B3=8


Slide 24

3.4 Calibrarea modelului de calcul la un planșeu din lemn utilizând
programul Femtools
Identificare dinamică Artemis Modal
- răspuns în frecvență
- moduri proprii

Mod 1 (20.51 Hz)

Mod 2 (28.08 Hz)


Slide 25

3.4 Calibrarea modelului de calcul la un planșeu din lemn utilizând
programul Femtools
Calibrarea modelului Femtools

Model de calcul FEMtools


Slide 26

3.4 Calibrarea modelului de calcul la un planșeu din lemn utilizând
programul Femtools
Forme moduri proprii de vibraţie determinate cu element finit (FEA) E=10000 N/mm2

Mod 1 (22.52 Hz)

Mod 2 (32.37 Hz)

Comparaţie moduri proprii de vibraţie calibrate (FEA–EMA) E=8430 N/mm2

Mod 1 (20.44 Hz)

Mod 2 (29.38 Hz)


Slide 27

4. Concluzii
o măsurătorile dinamice experimentale însoţite de identificarea dinamică a
structurilor au un caracter important în evaluarea stării construcţiilor;
o prin măsurarea vibraţiilor din acțiunea naturală asupra construcţiilor putem
identifica parametrii dinamici cum sunt frecvențele și formele proprii de vibraţie;

o modificarea frecvențelor proprii de vibrație pe perioada exploatării unei clădiri
reprezintă un indicator că în structura respectivă au avut loc degradări;
o comparația formelor modale determinate experimental la perioade diferite de
timp ne pod indentifica poziția zonelor degradate;

o parametrii dinamici determinați experimental pot fi utilizați la validarea și
calibrarea modelelor de calcul cu elemente finite.


Slide 28

Vă mulțumesc pentru atenție!