Khảo Sát Thực Nghiệm Giữa Số Chu Kỳ Dao Động Của Đầm Cầu Và Đặc Trưng Của Phố Công Suất

Việc đánh giá khuyết tật trên dầm, đặc biệt trong các công trình giao thông, bao gồm kiểm tra sự hiện diện của khuyết tật, xác định vị trí khuyết tật, đánh giá ảnh hưởng của khuyết tật và đưa ra cảnh báo. Các phương pháp bao gồm kiểm tra thủ công, siêu âm, kiểm định định kỳ và kiểm tra dao động. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Kiểm tra thủ công đơn giản nhưng chủ quan. Siêu âm nhanh chóng nhưng có thể không chính xác với khuyết tật sâu. Kiểm định định kỳ định lượng khả năng chịu tải nhưng thực hiện không thường xuyên. Theo tài liệu gốc, các công việc được sắp xếp từ thấp đến cao bao gồm: Kiểm tra và kết luận có hay không có sự hiện diện của khuyết tật trên cơ hệ, xác định vị hay khoanh vùng vị có khuyết tật, đánh giá các ảnh hưởng của khuyết tật ấy có ảnh hưởng như thế nào đối qua trình hoạt động của cầu kiện, ngoài ra sẽ tiến hành xác định mức độ hư hỏng đến tiền hành kiểm định, kiểm tra thường xuyên và định kỳ, đưa ra những cảnh báo kịp thời nhằm hạn chế tối đa những tác hại về người và vật chất khi có sự cô của các công trình và đặc biệt đối với các công trình cầu.

Bài toán nhận dạng khuyết tật liên quan đến việc xác định vị trí, kích thước và mức độ nghiêm trọng của khuyết tật trong cấu trúc. Các phương pháp phân tích tín hiệu dao động, phân tích phổ công suất, và phân tích Fourier thường được sử dụng. Quan trọng là phải phân biệt giữa các loại khuyết tật khác nhau để áp dụng phương pháp phù hợp. Điều này có thể bao gồm việc phân loại khuyết tật dựa trên nguyên nhân gây ra, hình dạng và kích thước. Theo các nghiên cứu gần đây, việc kết hợp nhiều phương pháp phân tích tín hiệu có thể cải thiện độ chính xác của việc nhận dạng khuyết tật.

Dầm chịu uốn được phân tích dựa trên biến dạng tĩnh và động. Biến dạng tĩnh xảy ra khi dầm chịu tải trọng tĩnh, trong khi biến dạng động xảy ra khi dầm chịu tải trọng thay đổi theo thời gian. Việc tính toán biến dạng và ứng suất là cần thiết để hiểu ứng xử của dầm dưới tải trọng. Phương pháp Euler-Bernoulli thường được sử dụng để phân tích dầm chịu uốn, giả định rằng mặt cắt ngang của dầm vẫn phẳng trong quá trình biến dạng. Các yếu tố như vật liệu, hình dạng và điều kiện biên ảnh hưởng đến ứng xử của dầm.

Phân tích Fourier là một công cụ mạnh mẽ để phân tích tín hiệu trong miền tần số. Nó cho phép phân tách tín hiệu thành các thành phần tần số khác nhau, giúp xác định các tần số chiếm ưu thế và các đặc trưng của tín hiệu. Trong nghiên cứu thực nghiệm, phân tích Fourier được sử dụng để xác định các tần số dao động của dầm và phân tích phổ công suất. Các thuật toán phân tích Fourier thời gian ngắn (STFT) và biến đổi wavelet cũng có thể được sử dụng để phân tích tín hiệu không ổn định.

Vật liệu có thể trải qua các biến đổi cơ tính dưới tác dụng của tải trọng, chẳng hạn như biến cứng và biến mềm. Biến cứng xảy ra khi vật liệu trở nên cứng hơn và khó biến dạng hơn, trong khi biến mềm xảy ra khi vật liệu trở nên mềm hơn và dễ biến dạng hơn. Những biến đổi này có thể ảnh hưởng đến ứng xử của dầm và cần được xem xét trong quá trình phân tích. Nhiệt độ, tốc độ biến dạng và thành phần vật liệu có thể ảnh hưởng đến biến đổi cơ tính.

Mô hình thí nghiệm sử dụng một dầm đơn giản để mô phỏng cầu. Dầm được thiết kế để chịu tải di động, tương tự như tải trọng từ xe cộ trên cầu. Các thông số của dầm, như chiều dài, tiết diện ngang và vật liệu, được xác định để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng. Các điều kiện biên, chẳng hạn như gối đỡ, cũng được mô phỏng. Vết cắt được tạo trên dầm để mô phỏng khuyết tật.

Cụm tạo kích sử dụng một cơ cấu để tạo ra tải di động trên dầm. Tải được điều khiển để mô phỏng các loại tải khác nhau, chẳng hạn như tải trọng tĩnh, tải trọng động và tải trọng xung kích. Cụm thu tín hiệu sử dụng cảm biến gia tốc để đo dao động của dầm. Các cảm biến được đặt ở các vị trí khác nhau trên dầm để thu thập dữ liệu dao động toàn diện. Dữ liệu được thu thập và lưu trữ để phân tích sau này.

Quy trình thí nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị, đo lường và thu thập dữ liệu. Trước khi bắt đầu thí nghiệm, dầm được kiểm tra và hiệu chỉnh để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Trong quá trình đo lường, tải di động được áp dụng lên dầm và dữ liệu dao động được thu thập. Sau khi thu thập dữ liệu, nó được xử lý và phân tích để xác định các đặc trưng của dao động, chẳng hạn như tần số và biên độ. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của kết quả, chẳng hạn như sai số và nhiễu, được xem xét.

Kết quả phân tích tần số cho thấy tần số dao động riêng của dầm giảm khi mức độ vết cắt tăng lên. Điều này cho thấy vết cắt làm giảm độ cứng của dầm. Tần số riêng cũng thay đổi theo số chu kỳ mỏi, cho thấy sự tích lũy mỏi làm suy yếu vật liệu của dầm. Phân tích mode dao động được sử dụng để xác định hình dạng của dầm khi nó dao động ở các tần số khác nhau. Dữ liệu này cung cấp thông tin về cách vết cắt và mỏi ảnh hưởng đến ứng xử động của dầm.

Số vùng cộng hưởng trong phổ công suất dao động cho thấy số lượng tần số mà dầm phản ứng mạnh mẽ. Số vùng cộng hưởng thay đổi theo mức độ vết cắt và số chu kỳ mỏi. Sự thay đổi này có thể được sử dụng để xác định tình trạng của cấu trúc. Ví dụ, sự gia tăng số vùng cộng hưởng có thể cho thấy sự hiện diện của khuyết tật, trong khi sự giảm số vùng cộng hưởng có thể cho thấy sự suy yếu của vật liệu.

Dịch chuyển trong phổ công suất dao động, đặc biệt là vị trí trọng tâm, thay đổi theo diễn tiến mỏi và vết cắt. Điều này có nghĩa là năng lượng dao động tập trung ở các tần số khác nhau khi dầm chịu tác dụng của các yếu tố khác nhau. Dữ liệu này có thể được sử dụng để theo dõi sự phát triển của khuyết tật và dự đoán tuổi thọ còn lại của cấu trúc. Các thuật toán xử lý tín hiệu và phân tích không gian trạng thái có thể được sử dụng để phân tích dịch chuyển trong phổ công suất.

Nghiên cứu thực nghiệm đã thành công trong việc xác định mối quan hệ tương quan giữa số chu kỳ dao động, vết cắt, và đặc trưng phổ công suất của dầm. Kết quả cho thấy sự thay đổi trong phổ công suất có thể được sử dụng để đánh giá tình trạng cấu trúc và phát hiện khuyết tật. Phương pháp này có thể được áp dụng cho các cấu trúc khác, chẳng hạn như cầu, tòa nhà, và máy móc.

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong hệ thống điện để theo dõi tình trạng của các thiết bị, chẳng hạn như máy biến áp, máy phát điện và đường dây truyền tải. Bằng cách phân tích phổ công suất dao động của các thiết bị này, có thể phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn và ngăn ngừa sự cố. Ví dụ, sự thay đổi trong phổ công suất của máy biến áp có thể cho thấy sự suy giảm của cách điện.

Hướng phát triển của nghiên cứu có thể tập trung vào việc xây dựng mô hình toán để mô phỏng ứng xử của dầm và dự đoán tuổi thọ còn lại của cấu trúc. Mô hình này có thể được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế cấu trúc và lên kế hoạch bảo trì. Ngoài ra, việc nghiên cứu các phương pháp giảm thiểu dao động và kiểm soát dao động cũng là một hướng đi tiềm năng. Các phương pháp điều khiển hệ thống điện có thể cải thiện ổn định hệ thống điện.