Análisis modal operacional

La identificación modal ambiental , también conocida como análisis modal operacional ( OMA ), tiene como objetivo identificar las propiedades modales de una estructura a partir de datos de vibración recopilados cuando la estructura se encuentra en sus condiciones de operación, es decir, sin excitación inicial ni excitación artificial conocida. Las propiedades modales de una estructura incluyen principalmente las frecuencias naturales , los coeficientes de amortiguamiento y las formas modales . En un ensayo de vibración ambiental, la estructura puede estar sometida a diversas fuentes de excitación que no se miden, sino que se consideran aleatorias de banda ancha. Este último concepto es necesario al desarrollar un método de identificación ambiental. Las suposiciones específicas varían de un método a otro. Sin embargo, independientemente del método utilizado, una correcta identificación modal requiere que las características espectrales de la respuesta medida reflejen las propiedades de los modos, en lugar de las de la excitación.

La economía de implementación es una de las principales ventajas de las pruebas de vibración ambiental, ya que solo es necesario medir la vibración (de salida) de la estructura. Esto resulta especialmente atractivo para estructuras de ingeniería civil (por ejemplo, edificios, puentes), donde realizar pruebas de vibración libre o forzada (con entrada conocida) puede ser costoso o generar interrupciones.

La identificación de propiedades modales mediante datos ambientales presenta desventajas:

• Los métodos de identificación son más sofisticados. Dado que la carga no se mide, en el desarrollo del método de identificación es necesario modelarla (mediante algún proceso estocástico) o eliminar sus efectos dinámicos sobre la respuesta medida. De lo contrario, no es posible explicar las características de los datos basándose únicamente en las propiedades modales.
• Sin información de carga, las propiedades modales identificadas pueden presentar importantes incertidumbres de identificación. En particular, los resultados son tan buenos como la suposición de banda ancha aplicada.
• Las propiedades modales identificadas solo reflejan las propiedades al nivel de vibración ambiental, que suele ser inferior al nivel de servicio u otros casos de diseño de interés. Esto es especialmente relevante para el coeficiente de amortiguación, que generalmente se considera dependiente de la amplitud.
• El sistema de medición debe ser de bajo ruido y sensible, ya que las estructuras vibran principalmente a niveles bajos en sus condiciones operativas. ^{[ 1 ]}

Los métodos de OMA se pueden clasificar en dos grandes categorías: 1) dominio de la frecuencia o dominio del tiempo , y 2) bayesianos o no bayesianos. Los métodos no bayesianos se desarrollaron antes que los bayesianos. Utilizan estimadores estadísticos con propiedades teóricas conocidas para la identificación, por ejemplo, la función de correlación o la densidad espectral de las vibraciones medidas. Algunos métodos no bayesianos comunes incluyen la identificación estocástica de subespacios ^{[ 2 ]} (dominio del tiempo) y la descomposición en el dominio de la frecuencia ^{[ 3 ]} (dominio de la frecuencia). Los métodos bayesianos se han desarrollado en el dominio del tiempo ^{[ 4 ]} y en el dominio de la frecuencia. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

El objetivo del análisis modal operacional es extraer las frecuencias de resonancia, la amortiguación y/o las formas operacionales (formas modales sin escalar) de una estructura. Este método a veces se denomina análisis modal de salida únicamente porque solo se mide la respuesta de la estructura. La estructura puede excitarse utilizando condiciones operacionales naturales o se le pueden aplicar otras excitaciones; ^{[ 8 ]} sin embargo, siempre que las formas operacionales no se escalen en función de la fuerza aplicada, se denomina análisis modal operacional (por ejemplo, las formas operacionales de una pala de turbina eólica excitada por un vibrador se miden utilizando el análisis modal operacional ^{[ 9 ]} ). Este método se ha utilizado para extraer los modos operacionales de un helicóptero en vuelo estacionario. ^{[ 10 ]}

Los términos Análisis Modal Operacional y Forma de Deflexión Operacional son muy similares, pero se refieren a dos enfoques de análisis diferentes. Ambos utilizan datos de vibración ambiental como entrada, pero en el caso de las Formas de Deflexión Operacionales, se crea una forma que corresponde a la respuesta de vibración global. Se basa únicamente en la amplitud de vibración; no se intenta extraer una forma modal ni se puede obtener una cuantificación del amortiguamiento modal. Mientras que el Análisis Modal Operacional, cuando se cumplen los supuestos principales, proporciona una representación de una característica del sistema en su entorno operativo, una Forma de Deflexión Operacional simplemente extrae la respuesta del sistema bajo las cargas aplicadas actualmente. ^{[ 11 ]}

• Véanse las monografías sobre OMA no bayesiano ^{[ 2 ] [ 12 ] [ 13 ]} y OMA bayesiano. ^{[ 7 ]}

• Consulte los conjuntos de datos de OMA. ^{[ 14 ]}

• descomposición en el dominio de la frecuencia
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