شناسایی مودال سازه‌ها با استفاده از پردازش ویدیوهای ثبت‌شده و الگوریتم‌های خروجی-محور

یکی از سیستم‌های اندازه‌گیری جهت شناسایی پارامترهای مودال سازه، دوربین‌های ویدیویی دیجیتال است. تحلیل‌های مودال انجام‌شده بر اساس اندازه‌گیری‌های ویدیویی علی‌رغم مزایای زیاد، به ‌‌دلیل وابستگی به نشانه‌های کنتراست بالا با چالش‌هایی همراه است. به همین دلیل پژوهش حاضر به ارائه‌ی الگوریتمی پرداخته‌ است که توانایی شناسایی و استخراج پارامترهای مودال با وضوح بالا را تنها بر اساس پاسخ‌های میدان-کامل اندازه‌گیری‌‌شده و بدون نیاز به آماده‌سازی اضافی سطح سازه‌ای دارد. این الگوریتم مبتنی بر فاز است و با بهره‌گیری از روش جداسازی کور منبع و تکنیک بزرگنمایی حرکت اجرا می‌شود. همچنین از یک تکنیک تجزیه هرمی چند‌مقیاسی برای استخراج فاز‌ پیکسل‌های مکانی-زمانی و میدان-کامل استفاده می‌کند. به منظور صحت‌سنجی الگوریتم، ویدیوی ارتعاش آزاد و تصادفی دو تیر با اتصال گیردار و اتصالات مفصلی با پارامترهای مودال معلوم، در محیط نرم‌افزار متلب بازسازی شد. میانگین اختلاف مقادیر شناسایی شده با مقادیر تئوری برای فرکانس های مودهای اول تا چهارم کمتر از 2 درصد و برای میرایی کمتر از 0.1 بدست آمده است. نتایج این بخش توانایی الگوریتم در تشخیص مودهای نزدیک به هم سازه را نیز تایید می‌کند. همچنین جهت ارزیابی عملکرد آن در شرایط آزمایشگاهی، ویدیوی ارتعاش آزاد و تصادفی تیر آلومینیومی با اتصال گیردار که در آزمایشگاه و با استفاده از دوربین سرعت-‌بالا تهیه‌شده بود، مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه‌ی نتایج با مقادیر تئوری و یا گزارشات ارائه‌شده در مطالعات موردی، نشان می‌دهد که استفاده از تکنیک معرفی‌شده در این مقاله راهکار مناسب و امیدبخشی جهت شناسایی پارامترهای مودال سازه است.

Modal Identification of Structures via Processing of Recorded Videos and Output-only Algorithms

One of the measurement systems for the identification of modal parameters of the structure is digital video cameras. Modal analysis based on video measurements, despite the many advantages, is associated with some challenges due to its dependence on high contrast markers. In the present study, a new algorithm is presented to use only the measured fullfield responses, without additional preparation of the structural surface. This algorithm is phasebased and is implemented using the blind source separation method and motion magnification technique. It uses a multiscale pyramid analysis technique to extract the fullfield spatiotemporal pixel phases. To validate this algorithm, the free and random vibration videos of two cantilever and simple beams with known modal parameters were reconstructed in MATLAB. The average difference between the values identified and the theoretical values for the frequencies of the first to fourth modes is less than 2% and less than 0/1 for damping. The results obtained in this section also confirm the ability of the algorithm to identification closelyspaced modes of the structure. Also, to evaluate the performance of the algorithm in laboratory conditions, a free and random vibration video of an aluminum cantilever beam, prepared in the laboratory using a highspeed camera, is examined. Comparing the results with theoretical values or case study reports shows that using the techniques introduced in this article is a suitable and promising solution to identify the modal parameters of the structure.