Hvordan en shaker forbedrer ekstraksjonen av brofrekvenser ved bruk av kjøretøy-sensorer

I denne delen blir effekten av en shaker på ekstraksjon av brofrekvenser analysert ved å bruke kjøretøy og kontaktrespons som grunnlag. Broens dynamiske respons under påvirkning av en shaker kan gi betydelig forbedring i nøyaktigheten av frekvensidentifikasjonene, spesielt når det gjelder de høyere frekvensene som kan være vanskelig å oppdage under normale forhold.

Når en shaker benyttes for å simulere ytre belastninger på broen, gjør den det mulig å bedre skille mellom kjøretøyets egenfrekvenser og broens resonansfrekvenser. I et typisk scenario uten shaker kan det være vanskelig å identifisere de høyeste brofrekvensene, som f_b,4, ettersom kjøretøyets egenfrekvens, f_v, kan maskere disse signalene. I dette tilfellet, ved å bruke en shaker, blir brofrekvenser som f_b,4 mer tydelige i kontaktresponsen som måles på kjøretøyet.

Numeriske simuleringer av både analytiske og FEM (Finite Element Method) løsninger viser at shakerens tilstedeværelse forbedrer spektrumet av akselerasjon og forskyvning både for broen og kjøretøyet. Ved å studere akselerasjonsspekteret til broen, oppdages alle de første fire brofrekvensene, sammen med shakerens frekvens. Disse verdiene samsvarer nøyaktig med de beregnede frekvensene, og dermed kan shakerens effekt på frekvensutvinning bevises.

Det er også verdt å merke seg at i en situasjon med glatte veiforhold, som i dette tilfellet, er kjøretøyets frekvens ikke en dominerende topp i spekteret. Dette betyr at shakerens hjelp er spesielt nyttig for å forsterke høyfrekvente broresonanser som ellers kan gå tapt.

I tillegg til å forbedre identifikasjonen av høyere brofrekvenser, gir shakeren også bedre nøyaktighet i den numeriske verifikasjonen av kontaktresponsen. Når de første tre brofrekvensene blir klart synlige i kjøretøyresponsen, gjør bruk av shakeren det lettere å fremheve disse frekvensene i kontaktresponsspekteret. Dette kan bidra til en mer presis analyse av broens tilstand i virkelige feltmålinger.

En annen relevant faktor i denne prosessen er hvordan bevegelseshastigheten til kjøretøyet påvirker identifikasjonen av brofrekvenser. På grunn av den dynamiske effekten som skapes av kjøretøyets hastighet, kan hver brofrekvens deles i to distinkte komponenter, f_bl,n og f_br,n. Dette er en konsekvens av at kjøretøyet beveger seg over broen, og de forskjellige frekvensene som vises i kjøretøyets og kontaktresponsspekteret reflekterer denne påvirkningen.

I en praktisk sammenheng er dette spesielt viktig i feltmålinger hvor kjøretøyets hastighet ikke alltid kan holdes konstant. Derfor er det essensielt å bruke shakerens effektive resonansfrekvenser som et verktøy for å redusere usikkerheten i frekvensidentifikasjonen. Denne metoden forsterker effekten av shakeren i deteksjonen av høyere frekvenser og gir pålitelige resultater selv i situasjoner med variasjon i kjøretøyets hastighet.

Endelig viser den numeriske valideringen av tilbakeberegningen av kontaktresponsen i nærvær av en shaker at den analytiske metoden for kontaktresponsen er pålitelig for praktiske anvendelser. Denne tilnærmingen gir et nyttig verktøy for å beregne kontaktresponsene i feltmålinger, og den kan brukes til å overvåke broens tilstand over tid uten behov for omfattende forbehandling av dataene.

Hvordan forbedre effektiviteten av metoden for kjøretøy-skanning på broer ved hjelp av forsterkere

For å forstå hvordan man kan oppnå nøyaktige målinger, er det viktig å vurdere hvordan kjøretøyets egenfrekvens interagerer med broens vibrasjoner. Problemet med at kjøretøyets frekvens ofte er for dominerende og kan maskere broens moduser i spektret, har ført til at forskere har utviklet mer avanserte metoder. En av de mest lovende tilnærmingene har vært bruken av to forsterkere på testkjøretøyet, som kan hjelpe til med å dempe effekten av kjøretøyets egenfrekvens og samtidig forsterke signalene fra broens frekvenser.

En av de viktigste aspektene ved denne metoden er hvordan forsterkeren er integrert i kjøretøyet. Forsterkeren kan justeres slik at den er tunet til kjøretøyets egenfrekvens for å redusere dens innvirkning på testresultatene. Den andre forsterkeren kan derimot være justert til broens frekvenser for å forsterke de nødvendige signalene i spektret. Denne teknikken kan redusere effektene av høye frekvenser som genereres av veiens ruhet, som ellers ville kunne maskere broens moduser.

Fra et praktisk perspektiv er det avgjørende at testkjøretøyet er riktig designet for å ha tilstrekkelige dynamiske egenskaper for å samle inn pålitelige signaler. Tidligere har testkjøretøy blitt designet som en enkel enakslet tilhenger, et valg som er nært knyttet til den forenklede, én-frekvens systemmodellen som benyttes i mange teoretiske formuleringer. Dette gir en klar mekanisme for interaksjonen mellom kjøretøy og bro, som gjør det enklere å forstå hvordan de påvirker hverandre. Imidlertid, når testkjøretøyet beveger seg raskt over en bro med ujevn vei, kan høyfrekvente støy, som skyldes ruheten i overflaten, gjøre det vanskelig å skille broens frekvenser.

For å minimere denne støyen har det blitt utviklet flere metoder, som residualer generert av to tilkoblede kjøretøy, kryss-spekter funksjon estimering og SOI (second-order blind identification) teknikker. Denne tilnærmingen gjør det mulig å redusere effekten av veiens ruhet og dermed forbedre kvaliteten på de målte signalene. Videre har det blitt påvist at man kan forbedre kjøretøyet ved å legge til en forsterker, en komponent som er svært lett i forhold til kjøretøyet, men som har stor innvirkning på å justere resonansfrekvensene.

En annen viktig problemstilling som må adresseres er hvordan interaksjonen mellom forsterkeren, kjøretøyet og broen kan optimaliseres. Når forsterkeren er installert på kjøretøyet, kan den justeres for å tune de dynamiske responser som påvirker broens frekvenser. Dette gjør at de spesifikke frekvensene som er viktige for broens respons kan forsterkes uten at de forstyrres av støy fra kjøretøyets egenfrekvens. Det er avgjørende at analysene av systemet gjennomføres med hensyn til både kjøretøyets og forsterkerens resonansfrekvenser, og deres innvirkning på broens respons.

Ved å bruke denne metoden kan man oppnå mer presise og pålitelige resultater når det gjelder å identifisere broens frekvenser og modeformer, spesielt når man tar hensyn til de utfordringene som oppstår på grunn av kjøretøyets egenfrekvens og veiens ruhet. Ved å forbedre testkjøretøyet med forsterkere som kan tilpasses spesifikke frekvenser, kan man redusere støyen og få bedre identifikasjon av broens strukturelle egenskaper. Denne tilnærmingen har et stort potensial for å forbedre nøyaktigheten i strukturelle evalueringer av broer og dermed bidra til bedre vedlikehold og sikkerhet for brostrukturer.