[논문 리뷰] Calculations of Frequency Response Functions (FRF) Using Computer Smart Office Software and Nyquist Plot under Gyroscopic Effect Rotation

Hisham A. H. Al-Khazali, Mohamad R. Askari|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 16.

Structural Health Monitoring Techniques참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 일반적인 스마트 오피스 소프트웨어(예: Excel)와 뉴이퀴스트 플롯 시각화를 사용하여 도는 구조물에서 자진력 효과가 있는 경우 주파수 응답 함수(FRF)를 계산하고 그 행동을 분석하는 새로운 방법을 제안한다. 이 방법은 전용 시뮬레이션 도구 없이도 정확한 FRF 곡선 재생 및 합성가능성을 보여주며, 표준 오피스 소프트웨어가 자진력 결합이 있는 동적 시스템을 효과적으로 모델링할 수 있음을 입증한다. 이는 기계 시스템의 모드 분석을 위한 저비용이고 접근 가능한 대안을 제공한다.

ABSTRACT

Regenerated (FRF curves), synthesis of (FRF) curves there are two main requirement in the form of response model, The first being that of regenerating "Theoretical" curve for the frequency response function actually measured and analysis and the second being that of synthesising the other functions which were not measured,(FRF) that isolates the inherent dynamic properties of a mechanical structure. Experimental modal parameters (frequency, damping, and mode shape) are also obtained from a set of (FRF) measurements. The (FRF) describes the input-output relationship between two points on a structure as a function of frequency. Therefore, an (FRF) is actually defined between a single input DOF (point & direction), and a single output (DOF), although the FRF was previously defined as a ratio of the Fourier transforms of an output and input signal. In this paper we detection FRF curve using Nyquist plot under gyroscopic effect in revolving structure using computer smart office software. Keywords - FRF curve; modal test; Nyquist plot; software engineering; gyroscopic effect; smart office.

연구 동기 및 목표

• 표준 오피스 소프트웨어를 사용하여 도는 기계 시스템에서 FRF 곡선을 저비용으로 접근 가능한 방법으로 계산하는 것.
• 뉴이퀴스트 플롯 시각화를 통해 자진력 효과가 도는 구조물의 FRF 행동에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 스마트 오피스 소프트웨어에 내장된 계산 도구를 활용해 제한된 실험 측정치에서 FRF 데이터의 재생 및 합성 가능성을 높이는 것.
• 기계공학 분야의 모드 분석에 전용 시뮬레이션 소프트웨어를 대체할 실용적인 대안을 제공하는 것.
• 일반적인 오피스 소프트웨어가 자진력 결합이 있는 복잡한 동적 시스템을 정확하게 모델링할 수 있음을 입증하는 것.

제안 방법

• 저자들은 표준 스마트 오피스 소프트웨어(예: 마이크로소프트 엑셀)를 사용하여 FRF 계산을 위한 수치 계산을 수행한다.
• 자진력 효과가 작용하는 기계적 구조물의 이론적 모델에 기반해 FRF 데이터를 생성한다.
• 계산된 FRF 데이터에서 뉴이퀴스트 플롯을 구성하여 동적 시스템의 거동 및 안정성을 시각화한다.
• FRF를 주파수 도메인에서 출력 대 입력의 비율로 정의하기 위해 푸리에 변환 관계를 활용한다.
• 이 방법은 측정된 FRF 곡선의 재생뿐 아니라 제한된 데이터에서 측정되지 않은 FRF 성분의 합성도 가능하게 한다.
• 자진력 효과는 시스템의 강성 및 점성 행렬에 회전 동역학을 통합하여 모델링된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 스마트 오피스 소프트웨어는 도는 구조물에서 자진력 효과가 있는 경우 FRF 곡선을 정확하게 계산하고 시각화할 수 있는가?
• RQ2 자진력 효과를 포함할 경우 FRF 분석에서 뉴이퀴스트 플롯의 형태와 특성은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 어느 정도의 정확도로 오피스 소프트웨어 도구만으로도 FRF 재생 및 합성을 달성할 수 있는가?
• RQ4 모드 분석에 전용 시뮬레이션 소프트웨어를 대체할 수 있는가? 접근 가능한 오피스 도구의 실현 가능성은 어떠한가?
• RQ5 제안된 방법은 오피스 소프트웨어를 사용해 FRF 데이터에서 모드 파rameter(진동수, 감쇠비, 진동형상)를 신뢰성 있게 추출할 수 있는가?

주요 결과

• 연구는 스마트 오피스 소프트웨어가 자진력 효과가 있는 도는 구조물에 대해 정확한 FRF 곡선을 생성할 수 있음을 성공적으로 입증하였다.
• 오피스 소프트웨어에서 생성된 FRF 데이터로부터 만든 뉴이퀴스트 플롯은 자진력 결합이 시스템 동역학에 미치는 영향을 명확히 반영하고 있다.
• 측정된 데이터에서 이론적 FRF 곡선을 효과적으로 재생함으로써 이 방법의 정확성이 검증되었다.
• 제안된 계산 프레임워크를 통해 오피스 소프트웨어에서 측정되지 않은 FRF 성분의 합성이 가능하다.
• 이 방법은 기계 시스템의 모드 분석에 있어 고가의 시뮬레이션 도구에 대한 비용 효율적이고 접근 가능한 대안을 제공한다.
• 결과는 표준 오피스 소프트웨어가 전통적으로 전용 공학 소프트웨어가 필요로 하는 복잡한 동적 시스템 모델링 작업을 수행할 수 있음을 확인한다.