Bij het meten van brugfrequenties met behulp van een testvoertuig is het essentieel om niet alleen rekening te houden met de verticale beweging van het voertuig, maar ook met de kantelbeweging die ontstaat doordat de wielen over een ongelijk oppervlak rijden. Het standaardmodel, waarbij het voertuig als een een-dof-systeem (één graad van vrijheid) wordt beschouwd, blijkt onvoldoende omdat het alleen de verticale verplaatsing van de as of carrosserie beschrijft. In werkelijkheid is een enkelassig voertuig een driedimensionale structuur met twee wielen en één as, wat een complexere dynamiek veroorzaakt, met name door het optreden van een kantelbeweging. Deze kantelbeweging, inherent aan het voertuig zelf, kan interfereren met het correct extraheren van de brugfrequenties.

De oplossing ligt in het modelleren van het voertuig als een systeem met twee vrijheidsgraden (two DOF): een verticale en een kantelbeweging. Hiervoor worden sensoren vlakbij de wielen geplaatst (wielsensoren), die een hogere nauwkeurigheid hebben dan de centrale sensor die slechts de verticale beweging meet. Door de responsen van deze wielsensoren te combineren, kunnen zowel de verticale frequentie van het voertuig als de kantelfrequentie worden geïdentificeerd en vervolgens uit de gemeten contactresponsen tussen wiel en brug worden verwijderd. Deze contactresponsen zijn cruciaal omdat ze vrij zijn van voertuigfrequenties en daardoor de frequenties van de brug beter en zuiverder naar voren brengen.

Uit veldonderzoek op een tweebogige liggerbrug blijkt dat deze aanpak betrouwbaar is: de nieuwe formule voor de contactresponsen maakt het mogelijk om de brugfrequenties nauwkeurig te scannen, terwijl tegelijkertijd de invloed van de verticale en kantelbewegingen van het voertuig wordt geëlimineerd. Tevens kan het model inzicht bieden in het mechanisme van het contact tussen wiel en brug, vooral bij oneffenheden van het oppervlak. Daarnaast draagt een tijdelijke stilstand van het testvoertuig op de brug bij aan een scherper beeld van de geïdentificeerde brugfrequenties.

Het gebruik van voertuig-gestuurde meetmethoden voor brugmonitoring, ook wel de vehicle scanning method genoemd, wint snel aan belang door zijn mobiliteit, efficiëntie en kostenbesparing in vergelijking met traditionele methoden waarbij sensoren direct op de brug worden aangebracht. Hoewel eerdere studies al aantoonden dat brugfrequenties, modusvormen en dempingsratio’s kunnen worden bepaald via een instrumenteerd testvoertuig, bleef het probleem bestaan dat de eigenfrequenties van het voertuig de metingen konden verstoren. Het introduceren van contactresponsen als meetgrootheid elimineert dit probleem omdat deze responsen inherent vrij zijn van voertuiginterferentie.

De complexiteit van het voertuigmodel is dus een cruciale factor in het verbeteren van de betrouwbaarheid van brugfrequentie-identificatie. Het tweedof-model erkent dat de wielen verschillende oppervlakteruwheden ervaren, waardoor kantelbewegingen ontstaan die in het model verwerkt moeten worden om een zuiver signaal van de brug te verkrijgen. Dit detail maakt het mogelijk om brugfrequenties onder realistische rijomstandigheden te meten met hoge precisie.

Buiten het directe meten van brugfrequenties is het belangrijk om te begrijpen dat dergelijke dynamische tests ook gevoelig zijn voor andere factoren, zoals oppervlakte-ruwheid en contactkrachten tussen wiel en brug, die zowel de voertuig- als de brugreacties beïnvloeden. Het mechanische contact en de dynamiek daarvan zijn complex en kunnen van invloed zijn op de nauwkeurigheid van de modaliteitsidentificatie. Daarom is het niet alleen noodzakelijk om de voertuigfrequenties te elimineren, maar ook om de variaties in contactresponsen die ontstaan door oppervlaktestructuren te interpreteren. Dit vergt een diepgaand begrip van de voertuig-bridge-interactie.

Verder kan het herhaaldelijk uitvoeren van metingen en het combineren van verschillende meetlocaties en voertuigen bijdragen aan de robuustheid van de diagnose. Het integreren van deze meetdata in geavanceerde analysemethoden, bijvoorbeeld met behulp van statistische of machine learning-technieken, kan helpen om de invloed van ruis en externe factoren verder te reduceren en daarmee betrouwbaardere inzichten in de toestand van de brug te verkrijgen.

Het is tevens van belang dat lezers beseffen dat het toepassen van een dergelijk geavanceerd meetsysteem vraagt om nauwkeurige kalibratie van de sensoren en een gedegen kennis van de mechanica van het testvoertuig. De interpretatie van de verkregen data vereist een multidisciplinaire aanpak, waarbij kennis van mechanica, signaalverwerking en structurele dynamica samenkomt.

Hoe beïnvloedt de interactie tussen een voertuig en een schudapparaat de dynamische respons van een brug?

In de dynamische analyse van voertuigen die zich over een brug bewegen, speelt de invloed van de interactie tussen het voertuig en de brug een cruciale rol in het begrijpen van de structurele respons. Dit geldt met name voor situaties waarbij een schudapparaat is ingebouwd in de brug om de dynamische eigenschappen te onderzoeken. Het doel van deze interactie is om te begrijpen hoe de voertuigenbeweging en de externe excitatie via het schudapparaat de trillingen van de brug beïnvloeden, wat relevant is voor de veiligheidsanalyse en het ontwerp van infrastructuren.

De voertuigbrug-interactie wordt meestal gemodelleerd door de bewegingsvergelijkingen van zowel het voertuig als de brug. In een vereenvoudigd model wordt aangenomen dat de demping in de balk wordt verwaarloosd om de effecten van de excitatie door de schudder te isoleren. Wanneer een voertuig met snelheid vv over een balk beweegt, met een schudapparaat vastgemaakt op een specifieke locatie xsx_s, worden de bewegingsvergelijkingen van het voertuig en de balk opgesteld vanuit hun statische evenwichtspositie. Dit resulteert in de volgende algemene vergelijkingen:

mvy¨+cv(y˙−uc˙)+kv(y−uc)=0m_v \ddot{y} + c_v(\dot{y} - \dot{u_c}) + k_v(y - u_c) = 0
muu¨+EIu(4)=Fv(t)δ(x−vt)+Fs(t)δ(x−xs)m_u \ddot{u} + EI u^{(4)} = F_v(t)\delta(x - vt) + F_s(t)\delta(x - x_s)

waarbij yy, uu, en ucu_c de verplaatsingen van respectievelijk het voertuig, de balk en het voertuigbrug contactpunt (CP) zijn. De kracht Fv(t)F_v(t) van het voertuig is afhankelijk van de veerconstante kvk_v, de snelheid vv en de massa van het voertuig mvm_v. De sinusvormige kracht van het schudapparaat Fs(t)=pssin⁡(ωst)F_s(t) = p_s \sin(\omega_s t) heeft een amplitude psp_s en een frequentie ωs\omega_s.

De trillingsrespons van de balk door de beweging van het voertuig en de actie van het schudapparaat kan worden gescheiden in twee delen. Eerst wordt de respons van de balk ten gevolge van het voertuig gemodelleerd door de modaliteit van de balktrillingen. De modalstatistische vervormingen veroorzaakt door de voertuigbelasting kunnen worden uitgedrukt als een som van de verplaatsingen van de balk die afhankelijk zijn van de natuurlijke frequenties van de brug:

uv(x,t)=∑nΔvnsin⁡(nπvt/L)u_v(x,t) = \sum_{n} \Delta v_n \sin\left(n\pi v t / L \right)

De invloed van het schudapparaat wordt eveneens beschreven door de manier van modale superpositie. De oscillaties van de balk onder invloed van het schudapparaat worden gemodelleerd door de verandering in de verplaatsingen van de balk op basis van de specifieke frequenties van het schudapparaat:

us(x,t)=∑nΔsnsin⁡(ωst−βs,bn)u_s(x,t) = \sum_{n} \Delta s_n \sin(\omega_s t - \beta_{s,bn})

Deze bijdragen kunnen later worden gecombineerd om de totale verplaatsing van de balk u(x,t)=uv(x,t)+us(x,t)u(x,t) = u_v(x,t) + u_s(x,t) en het contactpuntverplaatsing uc(t)=uv,c(t)+us,c(t)u_c(t) = u_v,c(t) + u_s,c(t) te berekenen.

Wat betreft de dynamische respons van het voertuig, de beweging van het voertuig kan ook in twee componenten worden verdeeld, afhankelijk van de invloed van de balktrillingen en de invloed van het schudapparaat. De verplaatsing van het voertuig als gevolg van de balk wordt gegeven door de formule:

yv(t)=∑nAv,ncos⁡(ωv,Dt)+Bv,nsin⁡(ωv,Dt)y_v(t) = \sum_{n} A_v,n \cos(\omega_{v,D} t) + B_v,n \sin(\omega_{v,D} t)

Hierin speelt de dempingsfrequentie van het voertuig ωv,D\omega_{v,D} een rol, evenals de trilling van de brugfrequenties ωbl,n\omega_{bl,n} en ωbr,n\omega_{br,n}. De bijdrage van het schudapparaat aan de verplaatsing van het voertuig kan apart worden geëvalueerd door een vergelijkbare benadering te volgen, met de resultaten van de trilling van het schudapparaat die in de voertuigbeweging terechtkomen.

Naast het in acht nemen van de afzonderlijke trillingen van de balk en het voertuig, moet men de interactie tussen deze twee elementen begrijpen. De som van hun verplaatsingen resulteert in de totale respons van de brug en het voertuig, die belangrijk is voor de beoordeling van de structurele integriteit van de brug en de comfortniveaus van de voertuigen. Bij het ontwerpen van dergelijke systemen moet rekening worden gehouden met de invloed van demping en de natuurlijke frequenties van de brug, evenals de mogelijke effecten van de schuddende excitatie.

Het is cruciaal voor de ingenieur of onderzoeker om de rol van demping in beide systemen goed te begrijpen, aangezien het zowel de stabiliteit als de dynamische prestaties van het voertuig en de brug beïnvloedt. De demping van het voertuig kan de resonantie-effecten minimaliseren, terwijl de demping in de brugstructuur kan helpen de trillingen te verminderen die anders schadelijk zouden zijn voor de lange termijn duurzaamheid van de brug.

Hoe Energieoverdracht de Dearomatisatie van Heteroaromaten Aandrijft
Hoe kunnen oude tradities de moderniteit beïnvloeden?
Hoe functionele kleurstoffen de eigenschappen van 3D-geprinte materialen kunnen verbeteren
Welke vormen van corrosie zijn het meest kritisch in mariene en offshore omgevingen en hoe beïnvloeden ze materialen?
Toelichting bij het onderwijsplan voor het basisonderwijs van de middelbare school nr. 2 in de stad Makariev voor het schooljaar 2016-2017.
Informatie over het evenement ter gelegenheid van Moederdag van de MBOU SOSh van het dorp Starokaypanovo.
Plan van Acties voor het Waarborgen van de Veiligheid van Kinderen op Waterobjecten
De eerste stappen op het pad van kennis: hoe help je je kind zich aan te passen aan de schooltijd
Bijlage 1 bij de Kennisgeving A) Titelblad van de lijst van gelieerde partijen van de naamloze vennootschap LIJST VAN GELIEERDE PARTIJEN Naamloze vennootschap "Centraal voorstads passagiersbedrijf" (volledige naam van