Tools and techniques for real time modal identification

Abstract

Yapı sağlığı izleme (YSİ) sistemlerinin amacı yapıda meydana gelecek hasarın tespiti ve bu hasarların yapı üzerinde yerlerinin belirlememsidir. Yapının modal özelliklerinin gerçek zamanlı olarak gözlemlenmesi ve belirlenebilmesi YSİ sistemlerinde çok önemlidir çünkü yapının modal özelliklerindeki değişimler yapıdaki muhtemel hasar ile ilişkilendirilir. Dolayısı ile YSİ sistemlerinde iyi bir öngörü elde edebilmek için yapıların modal özelliklerinin gerçek zamanlı olarak izlenmesi gerekir. Bu tez kapsamında YSİ sistemlerinde kullanılabilecek, yapıların gerçek zamanlı modal özelliklerini yeni önerilen teknikleri ve yöntemleri kullanarak hesaplayabilen yeni bir yazılım geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılımda gerçek zamanlı olarak değişen modal frekansların hesabında temel sinyal işleme teknikleri kullanılmıştır, bunların başlıcaları sıfır eksen düzeltmesi (baseline correction), bant geçiren filtre, pencereleme, FFT ve yumuşatma (smoothing). Gerçek zamanlı modal sönüm oranları Half-power bandwith ve/veya Logarithmic decrement teknikleri ile hesaplanıştır. Geliştirilen yazılım, KOERI-MIDS, Aya Sofya müzesinden alınan çevresel titreşimler kullanılarak test edilmiştir. Yapının gerçek zamanlı modal özellikleri başarılı bir şekilde hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar daha önceden farklı araştırmacılar tarafından yapılan çalışmalar ile kıyaslanmıştır. Bu kıyaslama sonucunda KOERI-MIDS sonuçlarının daha önceden farklı araştırmacılar tarafından yapılan çalışma sonuçları ile çok iyi bir uyum içerisinde olduğu örülmüştür.

Framework of the structural health monitoring (SHM) is to detect and locate the damage in the structure. Real-time identification of modal properties of a structure is very important in SHM because the changes in modal properties during its service life may be related to the damage on the structure. Therefore, it is obvious that modal properties should be monitored and identified accurately in real-time in order to have a good estimate in SHM. A new real-time software together with new real-time tools/techniques have been developed in this dissertation to be used in SHM to identify the modal properties of the structure in real-time. In the new proposed tool the real-time modal frequencies are estimated by using basic signal processing tools such as baseline correction, band-pass filtering, windowing, FFT, and smoothing while the real-time damping is estimated with half-power bandwidth technique and/or Logarithmic decrement technique. The developed real-time software, KOERIMIDS, has been tested with one ambient vibration data from Hagia Sophia museum. Modal properties of this structure have been identified successfully in real-time. Results of the Hagia Sophia test have been compared with the recent studies conducted by different researchers. Comparison shows that the results of the KOERI-MIDS are in good agreement with that of the previous studies.