التحليل النمطي التشغيلي

يهدف تحديد الأنماط الاهتزازية المحيطة ، المعروف أيضًا بتحليل الأنماط الاهتزازية التشغيلية ( OMA )، إلى تحديد خصائص الأنماط الاهتزازية لهيكل ما بناءً على بيانات الاهتزاز التي يتم جمعها عندما يكون الهيكل في ظروف تشغيله، أي بدون أي إثارة أولية أو مع إثارة اصطناعية معروفة. تشمل خصائص الأنماط الاهتزازية للهيكل بشكل أساسي الترددات الطبيعية ، ونسب التخميد ، وأشكال الأنماط . في اختبار الاهتزاز المحيطي، يمكن أن يتعرض الهيكل المدروس لمجموعة متنوعة من مصادر الإثارة التي لا تُقاس، ولكن يُفترض أنها "عشوائية واسعة النطاق". هذا المفهوم الأخير ضروري عند تطوير طريقة لتحديد الأنماط الاهتزازية المحيطة. تختلف الافتراضات المحددة من طريقة إلى أخرى. ومع ذلك، وبغض النظر عن الطريقة المستخدمة، يتطلب تحديد الأنماط الاهتزازية بشكل صحيح أن تعكس الخصائص الطيفية للاستجابة المقاسة خصائص الأنماط الاهتزازية نفسها، وليس خصائص الإثارة.

يُعدّ توفير التكاليف أحد المزايا الرئيسية لاختبارات الاهتزاز المحيطي، إذ لا يتطلب الأمر سوى قياس اهتزاز الهيكل (الناتج). وهذا أمرٌ جذابٌ للغاية بالنسبة لمنشآت الهندسة المدنية (مثل المباني والجسور)، حيث قد يكون إجراء اختبارات الاهتزاز الحر أو الاهتزاز القسري (مع مدخلات معروفة) مكلفًا أو مُعطِّلًا.

إن تحديد خصائص الأنماط باستخدام البيانات المحيطة له عيوب:

• تُعدّ أساليب التحديد أكثر تعقيدًا. ولأنّ الحمل لا يُقاس، فإنه يتطلب في تطوير أسلوب التحديد نمذجته (باستخدام عملية عشوائية)، أو إزالة تأثيراته الديناميكية على الاستجابة المقاسة. وإلا، فلن يكون من الممكن تفسير خصائص البيانات بالاعتماد فقط على خصائص الأنماط الاهتزازية.
• بدون معلومات التحميل، قد تنطوي خصائص الأنماط المحددة على قدر كبير من عدم اليقين في تحديدها. وعلى وجه الخصوص، تكون النتائج جيدة بقدر جودة افتراض النطاق العريض المطبق.
• لا تعكس خصائص الأنماط المحددة إلا الخصائص عند مستوى الاهتزاز المحيط، والذي يكون عادةً أقل من مستوى التشغيل أو حالات التصميم الأخرى ذات الأهمية. وهذا ينطبق بشكل خاص على نسبة التخميد، التي يُعتقد عمومًا أنها تعتمد على السعة.
• يجب أن يكون نظام القياس منخفض الضوضاء وحساسًا، لأن الهياكل تهتز بشكل أساسي بمستويات منخفضة في ظروف تشغيلها. ^{[ 1 ]}

يمكن تصنيف طرق تحليل الأنماط التشغيلية (OMA) بشكل عام إلى جانبين: 1) مجال التردد أو مجال الزمن ، و2) الطرق البايزية أو غير البايزية. طُوّرت الطرق غير البايزية قبل الطرق البايزية، وتعتمد على بعض المُقدِّرات الإحصائية ذات الخصائص النظرية المعروفة للتحديد، مثل دالة الارتباط أو الكثافة الطيفية للاهتزازات المقاسة. تشمل الطرق غير البايزية الشائعة تحديد الفضاء الفرعي العشوائي ^{[ 2 ]} (مجال الزمن) وتحليل مجال التردد ^{[ 3 ]} (مجال التردد). أما الطرق البايزية، فقد طُوّرت في مجال الزمن ^{[ 4 ]} ومجال التردد ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] .}

يهدف تحليل الأنماط التشغيلية إلى استخلاص ترددات الرنين، والتخميد، و/أو أشكال التشغيل (أشكال الأنماط غير المُقاسة) لهيكل ما. تُسمى هذه الطريقة أحيانًا بتحليل الأنماط الناتج فقط، لأنها تقيس استجابة الهيكل فقط. يمكن إثارة الهيكل باستخدام ظروف التشغيل الطبيعية أو بتطبيق إثارات أخرى عليه؛ ^{[ 8 ]} ومع ذلك، طالما أن أشكال التشغيل لا تُقاس بناءً على القوة المُطبقة، يُطلق عليها تحليل الأنماط التشغيلية (على سبيل المثال، تُقاس أشكال تشغيل شفرة توربين رياح مُثارة بواسطة هزاز باستخدام تحليل الأنماط التشغيلية ^{[ 9 ]} ). وقد استُخدمت هذه الطريقة لاستخلاص أنماط تشغيل طائرة هليكوبتر تحوم في مكانها. ^{[ 10 ]}

مصطلحا "التحليل النمطي التشغيلي" و"شكل الانحراف التشغيلي" متشابهان إلى حد كبير، لكنهما يشيران إلى منهجين تحليليين مختلفين. يستخدم كلاهما بيانات الاهتزاز المحيط كمدخلات، ولكن في حالة "أشكال الانحراف التشغيلي"، يتم إنشاء شكل يُمثل استجابة الاهتزاز الكلية. يعتمد هذا الشكل على سعة الاهتزاز فقط، دون محاولة لاستخراج شكل نمطي، ولا يُمكن من خلاله تحديد كمية التخميد النمطي. بينما يُقدم التحليل النمطي التشغيلي، عند استيفاء الافتراضات الرئيسية، تمثيلاً لخصائص النظام في بيئة تشغيله، فإن "شكل الانحراف التشغيلي" يستخرج ببساطة استجابة النظام تحت الأحمال المُطبقة حاليًا. ^{[ 11 ]}

• انظر الدراسات المتخصصة حول OMA غير البايزي ^{[ 2 ] [ 12 ] [ 13 ]} و OMA البايزي. ^{[ 7 ]}

• انظر مجموعات بيانات OMA. ^{[ 14 ]}

• تحليل المجال الترددي
• التحليل النمطي التشغيلي البايزي
• الاهتزازات المحيطة
• ارتعاشات دقيقة
• التحليل النمطي
• اختبار الأنماط