Аврутова Ірина Вадимівна. Вібраційний моніторинг елементів конструкцій складних інженерних споруд

brief description

Аврутова Ірина Вадимівна. Вібраційний моніторинг елементів конструкцій складних інженерних споруд : Дис... канд. наук: 05.11.13 2008

Аврутова І.В. Вібраційний моніторинг елементів конструкцій складних інженерних споруд. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.13 Прилади та методи контролю та визначення складу речовин. - Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут”, Київ, 2008р.
Дисертація присвячена визначенню змін технічного стану складних інженерних споруд в процесі їх експлуатації, створенню відповідних методик та системи вимірювань.
Отримана діагностична модель протизсувного анкера, яка описує залежність зміни власної частоти анкера від його натягу. Визначено залежності енергетичних та імовірнісних характеристик вимірюваних вібраційних сигналів від зміни технічного стану елементів конструкцій для різних типів вібраційного збурення, визначено найбільш інформативні характеристики вібраційних сигналів для оцінки технічного стану елементів конструкцій складних інженерних споруд. Запропоновано та обґрунтовано алгоритмічний метод зменшення систематичної похибки вимірювань на основі вейвлетної фільтрації.
Розробка і впровадження багатофункціональної системи вібраційного моніторингу забезпечить безаварійну експлуатацію складних інженерних споруд, що знаходяться під впливом коливальних процесів природного та техногенного походження.

Головний науковий результат роботи полягає у вдосконаленні методології для розробки багатофункціональної системи вібраційних вимірювань та діагностики для моніторингу технічного стану складних інженерних споруд, що знаходяться у важкодоступних місцях та в небезпечних еколого - геологічних умовах під впливом природних та техногенних вібраційних збурень.

Забезпечення безаварійної експлуатації складних інженерних споруд, що розташовані у важкодоступних та небезпечних еколого - геологічних місцях і знаходяться під впливом неконтрольованих вібраційних збурень природного та техногенного походження потребує розробки універсальної багатофункціональної системи вібраційного моніторингу та методик вимірювань на основі подальшого розвитку та вдосконалення вібраційних методів діагностики.
Теоретично обґрунтовано та досліджено моделі елементів конструкцій складних інженерних споруд. Розроблено діагностичну модель протизсувного анкеру, як елементу складної інженерної протизсувної споруди, за результатами досліджень якої встановлено закономірності впливу зміни натягу на частоти та амплітуди вібраційного відгуку анкеру.
Теоретично обґрунтовано та досліджено моделі для опису збурюючих впливів, що діють на елементи конструкцій складних інженерних споруд та моделі вібраційних сигналів, як носіїв діагностичної інформації про стан контрольованих об’єктів. Отримано та теоретично досліджено нові аналітичні залежності, що визначають вплив пошкодження елементу конструкції на параметри та спектральні характеристики вимірюваних вібраційних сигналів.
В результаті імітаційного моделювання процесу діагностики пошкодження елементу конструкції за методом вільних та вимушених коливань визначено та проаналізовано вплив пошкодження на енергетичні та ймовірнісні характеристики вібраційних відгуків елементу конструкції. Встановлено, що поява та розвиток пошкодження призводить до таких змін характеристик:

при ударному збуренні: поява та збільшення постійної складової, зменшення власної частоти коливань, зменшення коефіцієнту варіації, збільшення асиметрії розподілу;
при сейсмічному впливові: зменшення коефіцієнт варіації, збільшення асиметрії;
при вузько смуговому збуренні: поява та збільшення постійної складової, зменшення власної частоти коливань, зменшення коефіцієнту варіації;
при широкосмуговому збуренні: поява та збільшення постійної складової, зменшення власної частоти коливань, зменшення коефіцієнту варіації, збільшення асиметрії та ексцесу.

Обґрунтовано доцільність використання названих характеристик для вібраційного моніторингу елементів конструкцій складних інженерних споруд.
5. Проведено структурно-параметричний синтез універсальної багатофункціональної системи вібраційних вимірювань та діагностики для моніторингу технічного стану елементів конструкцій складних інженерних споруд. Розроблено дослідний зразок системи, розроблено методики та проведено оцінювання похибок первинного перетворювача, власного шуму аналого-цифрового перетворювача, вимірювального каналу, в результаті чого встановлено, що в інформативному діапазоні частот 0,110 Гц зазначені похибки не перевищують порогу чутливості використаного акселерометра (g). Запропоновано, обґрунтовано та запатентовано алгоритмічний метод на основі вейвлетної фільтрації для усунення систематичної похибки при інтегрування сигналу чи появі постійної складової від негоризонтованості датчика.
6. Встановлено, що для моніторингу технічного стану елементів конструкцій протизсувних споруд ефективним є застосування діагностичного методу вільних коливань, несучих конструкцій будівель у складних еколого-геологічних умовах методів вільних і вимушених коливань. Для визначення вібраційного фону у місцях встановлення прецизійного обладнання чи проведення відповідальних технологічних процесів доцільно використовувати метод вимушених коливань.
Для зазначених об’єктів розроблено методики та проведено експериментальні дослідження, які підтвердили ефективність запропонованих методів, методик та дослідного зразка системи для визначення технічного стану елементів конструкцій складних інженерних споруд.
7. Результати досліджень впроваджено у практику моніторингу елементів конструкцій складних інженерних споруд в Лівадійському палаці, на протизсувних спорудах Центральної Лівадійської Зсувної Системи (м. Ялта, АР Крим) та при проведенні вимірювань вібраційного фону приміщень для встановлення прецизійного обладнання та відповідальних технологічних процесів (м. Київ).