Structural health monitoring of layered structure by the frequency response functions of layers

通过层的频率响应函数对层状结构进行结构健康监测

基本信息

批准号：
21K03946
负责人：
河村庄造
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

機械や構造物の健全性評価は，持続可能社会の実現のために非常に重要な技術課題である．令和3年度は，階層構造物(高層ビルなど)を対象とし，特定の階層を加振した場合の各層の応答を測定して健全性評価を行う手法を構築した．具体的な考え方のポイントは，ある階層の応答を入力と見なすことにより，それより上の階層の特性値だけでFRFが定式化できることである．提案した手法を数値シミュレーションで検証したところ，良好な診断結果が得られた．このとき，実際の測定データに含まれるノイズの影響も考慮した．令和4年度は，構築した手法を三層構造物に対して実験的に検証した．対象物の正常時の振動特性を再現できる数学モデルを構築する必要があるが，モデル化ができない非線形性などがあって完全に再現できる数学モデルを構築することはできない．そこで，正常時の実測データと数学モデルのデータの比率を用いて，異常発生時の実測データから数学モデルでのデータを推定する手法を提案し，その手法を用いて健全性評価を行ったところ，良好な診断結果が得られた．これらの成果を学術論文にまとめ，論文集に掲載された．さらに新しい診断手法を構築した．その手法は，まず定期的に構造物を既知の励振力で加振し，応答を測定する．異常が発生して構造物の特性が変化すると応答の大きさが変化するが，それを，正常な構造物に仮想外力が作用して応答の大きさが変化したと考える点がポイントである．そして提案手法の妥当性を数値シミュレーションで検証したところ，良好な結果が得られた．そして新しく五層の階層構造物を製作し，実験的に検証中である．また常時微振動を利用した健全性評価を実現するために必要な，不規則励振力の同定法を構築した．その手法を数値シミュレーションで検証したところ，良好な同定結果が得られた．さらに実験的に検証し，適用性も確認できたので，学術論文にまとめている．

机器和结构的健康评估是实现可持续社会的一个非常重要的技术问题。在 2021 财年，我们开发了一种方法，通过测量特定楼层受到振动时每一层的响应来评估分层结构（例如高层建筑）的稳健性。具体思想的关键点在于，通过将某一层的响应视为输入，可以仅使用其上方层的特征值来制定频响函数。通过数值模拟对所提出的方法进行验证，得到了良好的诊断结果。此时，我们还考虑了实际测量数据中包含的噪声的影响。 2020财年，我们在三层结构上对所开发的方法进行了实验验证。有必要构建一个可以再现物体正常振动特性的数学模型，但由于无法建模的非线性，不可能构建一个可以完美再现振动特性的数学模型。因此，我们提出了一种在异常情况下根据实测数据来估计数学模型数据的方法，利用正常情况下的实测数据与数学模型数据的比值，并利用该方法进行了稳健性评价。获得诊断结果。这些结果总结在一篇学术论文中并发表在论文集中。此外，我们开发了一种新的诊断方法。该方法首先用已知的激励力周期性地激励结构并测量响应。当出现异常并且结构的特性发生变化时，响应的大小会发生变化，但关键是将其视为由于虚拟外力作用在正常结构上而导致的响应大小的变化。通过数值模拟验证了所提方法的有效性，取得了良好的结果。一种新的五层分层结构已经创建，目前正在实验验证中。我们还开发了一种识别不规则激振力的方法，这是使用恒定微振动实现健康评估所必需的。通过数值模拟验证该方法，得到了良好的辨识结果。我们进一步通过实验验证了结果，证实了其适用性，因此我们将其总结成一篇学术论文。