1. 연구 배경
디지털 이미지 상관관계(DIC) 모달 분석은 DIC 기술을 활용하여 진동 중 구조적 이미지를 비접촉으로 측정하고, 고유 진동수, 감쇠비 및 기타 매개변수를 결정하여 공진을 방지하고 동적 하중에서 구조적 성능을 향상시킵니다.
일반적인 DIC 모달 분석 방법에는 확률적 부분 공간 식별(SSI) 방법과 베이지안 파워 스펙트럼 방법이 있습니다. SSI는 모달 매개변수를 정확하게 식별하지만 계산 속도가 느리고 시간이 많이 걸립니다. 베이지안 파워 스펙트럼 방법은 여기 불확실성을 정량화하지만 과도한 계산이 필요하여 실제 엔지니어링 응용 프로그램이 제한됩니다.
Revealer 연구팀은 교차전력 스펙트럼 기반 DIC 모달 분석 방법간단한 테스트, 효율적인 계산, 정확한 모달을 특징으로 합니다.
식별 및 정확한 진동 모드 측정.
2. 방법 원칙
교차 전력 스펙트럼은 두 신호 간의 상관 관계를 설명하는 스펙트럼 분석 방법입니다. 신호 x(t), y(t)의 교차 상관 함수 Pxy(f)를 계산하여 주파수 영역으로 변환하여 교차 전력 스펙트럼 P를 얻고 위상과 진폭을 분석합니다.
주파수 간 관계. 주요 원칙은 다음과 같습니다.
• Pxy(f): 교차 전력 스펙트럼
• x(t): 시간의 첫 번째 신호
• Y∗(t−τ): 시간 t−τ에서의 두 번째 신호의 복소수 켤레
• τ: 교차 전력 스펙트럼 계산에서 신호 오프셋에 대한 시간 지연
• e−j2πft: 주파수 성분 추출을 위한 주파수 영역 회전 계수
• j: 허수 단위 (−1−1)
• t: 시간 변수
• f: 주파수 변수
교차 전력 스펙트럼 주파수 영역 행렬은 n개 신호 간의 신호 간 관계를 나타내며, 시스템 고유 주파수와 모달 행렬을 추출합니다.
3. 방법 절차
1단계: 데이터 수집
Thousand-Eyes Wolf DIC 측정 시스템을 사용하면 다양한 자극(예: 충격, 진동) 하에서 구조적 구성 요소의 이미지를 캡처하고 동적 반응을 기록할 수 있습니다.
2단계: 이미지 처리
이미지를 처리하여 물체 표면의 변위 필드를 추출합니다. DIC 알고리즘을 사용하여 모든 지점에 대한 변위 시계열 데이터를 계산하고 진동 신호를 생성합니다.
3단계: 신호 전처리
변위 데이터의 잡음을 제거하고 고역통과/저역통과 필터를 적용하여 관련 없는 주파수 구성 요소를 제거합니다.
4단계: 푸리에 변환
푸리에 변환을 통해 전처리된 신호를 주파수 영역으로 변환합니다.
5단계: 교차 전력 스펙트럼 계산
신호 쌍에 대한 교차 전력 스펙트럼 행렬을 계산합니다.
4. 실험 분석
진동 실험은 금속판에서 수행되었습니다(그림 1). 해머 충격은 외부 여기를 시뮬레이션하고 3D-DIC 고속 측정 시스템은 진동 이미지를 캡처했습니다.
그림 1: 실험 설정
합성 변위를 관찰하기 위해 직사각형 영역이 선택되었습니다(그림 2):
그림 2: 복합 진동 변위
Revealer DIC 모달 해석 모듈을 이용한 해석 결과는 아래와 같습니다.
그림 3: 교차 전력 스펙트럼
그림 4: 다중 순서 진동 모드
5. 연구 요약
이 논문은 디지털 이미지 상관(DIC) 기술을 교차 전력 스펙트럼 분석과 통합한 교차 전력 스펙트럼 기반 DIC 모달 분석 방법을 제시합니다. 이 방법은 고정밀 전체 필드 변위 측정을 제공하고, 여러 관측 지점에서 모달 매개변수를 식별하며, 다중 순서 구조 진동 모드를 포착합니다.
제안된 방법은 교량이나 고층 빌딩과 같은 복잡하고 대규모 구조물의 상태 모니터링 및 동적 분석에 상당한 엔지니어링상의 이점을 제공합니다.
