Hvordan beregne og analysere akselerasjoner i brotest med en enkeltakselfordon

For å beregne akselerasjonene for vertikale og rullende bevegelser, det vil si $\ddot{y}_v(t)$ og $\ddot{\theta}_v(t)$, kan man bruke akselerasjonsdataene som er registrert av sensorene plassert nær venstre og høyre hjul i feltmålingene. Akselerasjonene $\ddot{y}_{vl}(t)$ og $\ddot{y}_{vr}(t)$, som er registrert av hjulensorene, er diskrete data. For å ta hensyn til dette kan vi bruke differensformler for å tilnærme de første og andre deriverte, som følger:

Videre er det mulig å finne akselerasjonene til testpunktene (CPer) med null initialbetingelser ved $t = 0$ ved å bruke et sett med differenslikninger. Disse akselerasjonene kan beregnes ved å integrere de dynamiske responsene til kjøretøyet over tid, som beskrevet i formelen:

For å ta hensyn til diskrete målinger, kan den samme formelen skrives om i summasjonsform, som gir en praktisk tilnærming for beregningene under testene:

For kjøretøy med null dempningsforhold, kan man bruke L'Hôpital's regel for å forenkle uttrykkene ytterligere, noe som gir en lineær sammenheng mellom akselerasjonene og de dynamiske egenskapene til kjøretøyet.

Prosedyren for å beregne responsene til kjøretøyet kan benyttes for en rekke forskjellige broer, da denne metoden kun er avhengig av de dynamiske responsene og egenskapene til testkjøretøyet. Dette gjør metoden både fleksibel og effektiv i ulike testscenarioer.

Testkjøretøyet som ble brukt for å detektere broens frekvenser, er et spesialdesignet enkeltakselkjøretøy. Dette kjøretøyet fungerer både som en eksiterende enhet og som en datainnsamler. Kjøretøyet er laget av stål og veier cirka 900 kg. Det er utstyrt med solide gummidekk for å sikre god kontakt med veiens ujevnheter, og det trekkes av en firehjulsbil for å gjennomføre testene. Viktige egenskaper ved testkjøretøyet, som dets massefordeling og moment av treghet, ble nøye beregnet for å sikre at testene gir pålitelige og nøyaktige data.

For å optimere testresultatene er det viktig at de dynamiske egenskapene til kjøretøyet, som hjulenes stivhet og demping, er riktig kalibrert. En ubalansert eller for myk fjæring kan føre til at dataene blir forvrengte, mens for harde hjul kan redusere kjøretøyets evne til å tilpasse seg veiens ujevnheter, som kan påvirke nøyaktigheten til de registrerte frekvensene. Dette gjør det til en balansegang å velge riktig type dekk og fjæring for testene.

I tillegg til testkjøretøyets tekniske egenskaper, er det også viktig å forstå hvordan målemetodene kan påvirke resultatene. Selv om akselerasjonsdataene som samles inn via sensorer på kjøretøyet gir et pålitelig bilde av broens dynamikk, kan de ikke alltid erstatte direkte målinger som gjøres på broens overflate, spesielt når det gjelder lavfrekvente vibrasjoner som kan bli filtrert ut i dataene som samles inn fra kjøretøyet.

Hvordan Parametere på Påvirker Beregning av Dempingsforhold for Broer ved Hjelp av Vågbasert Transformasjon

I studien ble det brukt en statistisk tilnærming for å evaluere dempingsforholdet til en bro. Prosedyren benyttet RANSAC-algoritmen, som i kombinasjon med null-lutning, gir en nøyaktig tilpasning av resultatene (de grønne punktene), som er visualisert ved den røde linjen i Figur 9.9. Den tilpassede verdien for dempingsforholdet for første modus ble beregnet til 1,97 %, som ligger nær den teoretiske verdien på 2 % (dashed linje i Figur 9.9), med en feilmargin på 1,5 %. Denne nøyaktigheten viser en god overensstemmelse mellom den tilpassede verdien basert på Finite Element Metode (FEM) og den analytiske løsningen. Videre antyder resultatene at broens vertikale bevegelser påvirkes minimalt av Vehicle Bridge Interaction (VBI) effekten, som innebærer at den teoretiske antagelsen i utledningen er akseptabel.

Parameterstudie

I denne seksjonen vurderes påliteligheten av prosedyren og de tilhørende formlene for beregning av broens dempingsforhold, ved å analysere effektene av forskjellige faktorer som kjøretøyets demping, kjørehastighet, broens dempingsforhold, forholdet mellom kjøretøy- og bromasse, broens spennvidde og overflatebehandling. Hver faktor vurderes separat for å kunne vurdere dens individuelle innvirkning på de målte resultatene. Ruheten på veibanen behandles til slutt, da dette er et tilfeldig fenomen som i stor grad er avhengig av vedlikeholdsnivået på veien.

Effekt av Kjøretøyets Demping

Kjøretøyets demping påvirker i stor grad hvordan vibrasjonene fra broen overføres til kjøretøyets hjul og deretter videre til bilens karosseri. Det er imidlertid ikke praktisk mulig å produsere et testkjøretøy med null demping, ettersom dette vil føre til en for høy overføringsfrekvens av vibrasjoner. For å vurdere hvordan kjøretøyets demping påvirker det beregnede dempingsforholdet for broen, ble det vurdert fire dempingsverdier for kjøretøyets fjæring og hjul: 0, 2, 4 og 8 kN s/m. Resultatene viser at de identifiserte verdiene for broens dempingsforhold er nesten uavhengige av kjøretøyets dempingskoeffisient, med små avvik fra den teoretiske verdien. Dette antyder at kjøretøyets demping har minimal innvirkning på beregningene og kan i de fleste tilfeller neglisjeres.

Effekt av Kjørehastighet

Effekt av Broens Dempingsforhold

Forskjellige brotyper og konstruksjoner kan ha vidt forskjellige dempingsforhold. I analysen ble broens dempingsforhold vurdert for fem forskjellige verdier: 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, og 5 %. Resultatene viser at prosedyren fortsatt gir nøyaktige resultater for disse varierende dempingsforholdene, selv om det er små avvik avhengig av den spesifikke broens materialer og konstruksjon. Dette gir en indikasjon på at den foreslåtte metoden for bestemmelse av broens dempingsforhold er robust og kan anvendes på et bredt spekter av brokonstruksjoner.

Den statistiske nøyaktigheten av prosedyren for beregning av broens dempingsforhold er avhengig av flere faktorer som kjøretøyets demping, hastighet, og broens egne egenskaper. Det er derfor viktig å forstå hvordan hver av disse faktorene påvirker resultatene og hvordan man kan optimalisere testforholdene for å oppnå høyest mulig nøyaktighet.