Il presente software, denominato ARES (Automated modal paRameter Extraction System), esegue in automatico l’identificazione dei parametri modali (frequenze naturali, rapporti di smorzamento, forme modali) a partire dalla misura della sola risposta dinamica delle strutture nelle condizioni di esercizio. Esso costituisce il motore di analisi fondamentale per un gran numero di applicazioni basate sulla stima sperimentale e il monitoraggio continuo nel tempo dei parametri modali, quali, ad esempio: identificazione del danno strutturale a partire dalle variazioni dei parametri modali, oppure valutazione indiretta degli sforzi di trazione in cavi e catene. I principali limiti delle procedure automatiche di identificazione dinamica attualmente disponibili possono essere sintetizzati come segue: 1) necessità di una fase di calibrazione preliminare per la definizione dei parametri di analisi; 2) limitata robustezza al variare delle condizioni ambientali e della risposta strutturale; 3) sensibilità al rumore di misura; 4) inaccuratezza delle stime, soprattutto di smorzamento. ARES esegue l’identificazione automatica dei parametri modali delle strutture sfruttando la teoria dei metodi di identificazione a sottospazio stocastico e la diagonalizzazione congiunta approssimata (JAD) di un set di matrici di covarianza associate a diversi valori del ritardo temporale. La selezione automatica dei poli fisici nel diagramma di stabilizzazione, infine, viene eseguita mediante tecniche di clustering (gerarchico e k-means). In tal modo ARES è in grado di superare i tradizionali limiti delle procedure di identificazione automatica, consentendo la stima dei parametri modali in maniera totalmente non supervisionata, ossia senza informazioni o calibrazioni preliminari; inoltre, fornisce stime dei parametri modali, inclusi i rapporti di smorzamento, molto accurati e precisi. ARES è robusto rispetto agli effetti del rumore di misura e di armoniche spurie, ed è in grado di identificare i modi fondamentali delle strutture indagate con una percentuale di successo superiore al 99%. La completa automazione del processo lo rende ideale per applicazioni di monitoraggio in continuo, allorché i parametri modali possono subire significative variazioni nel tempo per effetto di fenomeni di danno e/o degrado, o per l’influenza di fattori ambientali e operativi. La possibilità di modificare, entro certi limiti, alcuni parametri di analisi consente il controllo e, in particolare, la riduzione dei tempi di calcolo senza significativa perdita di accuratezza delle stime. Il software è in grado di elaborare dati immagazzinati sia in forma di file di testo, sia in database MySQL operanti in locale o remoto. I risultati possono essere salvati su file o in specifiche tabelle opportunamente predisposte all’interno di un database MySQL.

Automated modal paRameter Extraction System - ARES

RAINIERI, Carlo;FABBROCINO, Giovanni
2012

Abstract

Il presente software, denominato ARES (Automated modal paRameter Extraction System), esegue in automatico l’identificazione dei parametri modali (frequenze naturali, rapporti di smorzamento, forme modali) a partire dalla misura della sola risposta dinamica delle strutture nelle condizioni di esercizio. Esso costituisce il motore di analisi fondamentale per un gran numero di applicazioni basate sulla stima sperimentale e il monitoraggio continuo nel tempo dei parametri modali, quali, ad esempio: identificazione del danno strutturale a partire dalle variazioni dei parametri modali, oppure valutazione indiretta degli sforzi di trazione in cavi e catene. I principali limiti delle procedure automatiche di identificazione dinamica attualmente disponibili possono essere sintetizzati come segue: 1) necessità di una fase di calibrazione preliminare per la definizione dei parametri di analisi; 2) limitata robustezza al variare delle condizioni ambientali e della risposta strutturale; 3) sensibilità al rumore di misura; 4) inaccuratezza delle stime, soprattutto di smorzamento. ARES esegue l’identificazione automatica dei parametri modali delle strutture sfruttando la teoria dei metodi di identificazione a sottospazio stocastico e la diagonalizzazione congiunta approssimata (JAD) di un set di matrici di covarianza associate a diversi valori del ritardo temporale. La selezione automatica dei poli fisici nel diagramma di stabilizzazione, infine, viene eseguita mediante tecniche di clustering (gerarchico e k-means). In tal modo ARES è in grado di superare i tradizionali limiti delle procedure di identificazione automatica, consentendo la stima dei parametri modali in maniera totalmente non supervisionata, ossia senza informazioni o calibrazioni preliminari; inoltre, fornisce stime dei parametri modali, inclusi i rapporti di smorzamento, molto accurati e precisi. ARES è robusto rispetto agli effetti del rumore di misura e di armoniche spurie, ed è in grado di identificare i modi fondamentali delle strutture indagate con una percentuale di successo superiore al 99%. La completa automazione del processo lo rende ideale per applicazioni di monitoraggio in continuo, allorché i parametri modali possono subire significative variazioni nel tempo per effetto di fenomeni di danno e/o degrado, o per l’influenza di fattori ambientali e operativi. La possibilità di modificare, entro certi limiti, alcuni parametri di analisi consente il controllo e, in particolare, la riduzione dei tempi di calcolo senza significativa perdita di accuratezza delle stime. Il software è in grado di elaborare dati immagazzinati sia in forma di file di testo, sia in database MySQL operanti in locale o remoto. I risultati possono essere salvati su file o in specifiche tabelle opportunamente predisposte all’interno di un database MySQL.
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