Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
För att effektivt extrahera brofrekvenser från en testfordons respons är det avgörande att ta hänsyn till fordonets dämpning. De flesta tidigare studier har förenklat detta genom att bortse från dämpningen, vilket har möjliggjort utveckling av enklare lösningar. I praktiken är det dock nästan omöjligt att konstruera ett testfordon utan dämpning. Därför är det nödvändigt att noggrant undersöka hur dämpningen påverkar hur vibrationer från en bro överförs till ett fordon, samt hur denna överföring kan användas för att extrahera de specifika frekvenserna hos bron.
Vid analys av system där både fordon och bro är dynamiska, kommer resultatet att bero på förhållandet mellan dessa komponenter. Specifikt kan man notera att accelerationsresponsen för både fordonet och kontakten mellan fordonet och bron involverar samma frekvenser, men med olika amplitud och fasberoende faktorer. Dessa faktorer kan matematiskt beskrivas av specifika parametrar, som 𝜌d,n, 𝜌bl,n och 𝜌br,n, som representerar förstärkningsfaktorer för överföringen av responser mellan kontaktpunkten (CP) och fordonet.
Vid analys av de olika accelerationskomponenterna måste man beakta specifika koefficienter som Av,n, Bv,n och 𝜃v,n som definierar responsen för varje relevant frekvens. Dessa koefficienter är kopplade till systemets dämpning, vilket betyder att för ett fordon med hög dämpning kan resultaten skilja sig avsevärt från de som erhålls vid ett idealt, odämpat fordon. För att förbättra extraktionen av brofrekvenser, särskilt de som är associerade med högre moduler, kan man använda filter för att separera de relevanta frekvenserna i accelerationssignalerna och därmed skapa en gemensam frekvensresponsfunktion (FRF) för fordonet i relation till kontaktpunkten. Detta gör det möjligt att analysera hur effektivt vibrationerna från brofrekvenserna överförs till fordonet.
För att få en mer exakt beräkning av kontaktresponser används en bakåtberäkningsmetod där man härleder den dynamiska vertikala jämvikten för testfordonet. Genom att differentiera denna jämviktsekvation två gånger får man en relation som gör det möjligt att beräkna kontaktaccelerationen som en funktion av fordonets acceleration och de yttre krafter som påverkar systemet. Dessa beräkningar kan justeras för att beakta fordonets dämpning, vilket gör att man kan uppskatta kontaktresponser med hög noggrannhet.
När man arbetar med mätdata som erhållits från testfordon, är det viktigt att beakta både mätintervallets längd och hur känslig signalen är för omgivande ljud och ojämnheter i vägbanan. Ett mycket litet tidsintervall kan öka noggrannheten men samtidigt göra signalerna mer känsliga för brusk. Å andra sidan kan ett för stort intervall leda till att viktiga frekvenser inte täcks tillräckligt, vilket gör att mätningar måste göras med en balanserad tidsintervall.
Det är också av betydelse att förstå att om ett testfordon har noll dämpning, kommer den beräknade kontaktresponsen att överensstämma med tidigare studier som bortser från dämpningseffekter. Detta ger en teoretisk grund, men verkligheten innebär nästan alltid någon form av dämpning, vilket gör att mer avancerade modeller krävs för att noggrant extrahera brofrekvenser. Därför måste både teoretiska och praktiska aspekter beaktas vid utvecklingen av testmetoder för att extrahera och analysera dessa frekvenser.
Förutom tekniska justeringar och beräkningsmetoder är det också viktigt att tänka på att de fysiska egenskaperna hos vägar, broar och testfordon spelar en avgörande roll i den data som samlas in. Variabler som vägbanans jämnhet och konstruktionen av broarna kan påverka hur vibrationerna överförs mellan fordonet och strukturen, vilket i sin tur påverkar hur exakt man kan extrahera de olika frekvenserna. Genom att beakta dessa faktorer kan man förbättra både analysens noggrannhet och tillförlitligheten hos resultaten.
Hur identifierar man broarnas modala egenskaper med hjälp av fordonssvar?
I denna kapitel behandlas en metod för att identifiera broars modala egenskaper genom att använda responsen från ett tvåaxligt testfordon, och hur detta kan bidra till att övervinna de problem som kan uppstå vid traditionella metoder. De vanligaste problemområdena när man identifierar broars egenskaper är dels påverkan från vägbeläggningens ojämnheter och dels de egna frekvenserna från fordonet, vilket kan dölja brofrekvenserna i den uppmätta datan. För att adressera dessa svårigheter utvecklades en metod där man använder sig av kontaktresponsen från både fram- och bakaxeln på testfordonet för att eliminera både fordonets vertikala och rotationsfrekvenser. Denna metod ger en mycket mer exakt bild av brons naturliga frekvenser och modala former, och bidrar därmed till en mer effektiv brodiagnostik.
En viktig aspekt av denna metod är användningen av residualsvar, vilket innebär att man subtraherar responsen från bakhjulen från den från framhjulen vid samma plats på bron. På detta sätt kan effekten av vägslitage på brons svar avlägsnas, vilket gör att de första brofrekvenserna kan identifieras utan att vägbeläggningens ojämnheter påverkar resultatet. Denna metod har visat sig vara effektiv inte bara för enkelspannsbroar, utan även för broar med flera spann, vilket gör den användbar för ett brett spektrum av brokonstruktioner.
För att identifiera brons modala former används vidare en teknik som kallas Variational Mode Decomposition (VMD), som är en metod för att bryta ner den komplexa responsen i delkomponenter. Tillsammans med Hilbert-transformen (HT) kan denna metod användas för att extrahera och konstruera brons modala former med hög precision. Denna teknik är robust mot både fordonets dämpning och hastighet, vilket gör den till ett tillförlitligt verktyg under olika trafikförhållanden. En annan fördel är att dessa tekniker inte kräver en stor mängd dyra sensorer eller installationer på själva bron, vilket gör den mer kostnadseffektiv än traditionella metoder.
En viktig fördel med den föreslagna metoden är att den kan användas för att identifiera inte bara frekvenser och modala former, utan också dämpningsförhållandena för broar. Genom att analysera den korrelation som finns mellan de momentana amplituderna för kontaktresponsen från fram- och bakaxeln, kan en enkel formel härledas för att bestämma brons dämpningsförhållande. Det har visats att denna formel kan användas framgångsrikt för att identifiera dämpningsförhållandena även när vägbeläggningen är ojämn, särskilt om det finns pågående trafik som kan bidra till att minska effekterna av vägslitage.
Genom att kombinera dessa tekniker har det blivit möjligt att på ett mer effektivt sätt identifiera broars modala egenskaper, vilket innebär en mer exakt övervakning av broars hälsotillstånd. Detta är avgörande för att säkerställa broars säkerhet och för att kunna planera underhåll på ett mer informerat sätt. Traditionella metoder för strukturell hälsomonitorering är ofta dyra och har kort livslängd, men genom att använda data som samlas in via testfordon kan man få pålitliga resultat utan de höga kostnaderna och den komplicerade infrastrukturen som annars skulle krävas.
Vägen framåt för denna metod kan innebära ytterligare förbättringar genom att integrera fler tekniker för databehandling och signalanalys. Dessutom är det troligt att framtida studier kommer att fokusera på att utveckla mer sofistikerade metoder för att analysera och tolka de stora mängder data som samlas in via dessa fordon, vilket skulle kunna ytterligare förbättra noggrannheten och effektiviteten i brodiagnostik.
Det är också viktigt att förstå att denna metod inte är universell, utan att det finns specifika krav på testfordonets design och parametrar för att säkerställa att den fungerar korrekt. Den tekniska förmågan att analysera kontaktresponsen på ett effektivt sätt kräver också att man har tillgång till avancerade analysverktyg och en djupare förståelse för de underliggande fysikaliska processerna som påverkar broarnas svar.