Confronto software per l’analisi modale

Analisi di confronto tra EMA (DewesoftX) e OMA (Dewesoft Artemis OMA)

L’analisi modale è uno strumento utilizzato per meglio comprendere la dinamica del comportamento delle strutture. La strumentazione, hardware e software applicata sul campo, è in continuo sviluppo e di anno in anno ci fornisce risultati sempre più affidabili e precisi. Gli attuali algoritmi ci forniscono nuove vie per validare i processi di analisi, ma risulta di grande rilevanza verificare che i dati ottenuti dalle prove sperimentali siano in linea con quelli forniti in fase progettuale. Così come avviene nella fase di calibrazione della strumentazione, anche i software richiedono test di affidabilità per validare i loro risultati. Questo articolo vuole essere uno studio sull’ affidabilità degli algoritmi messi in gioco per l’analisi dinamica. proponendo il confronto di due software che nel mondo dell’ingegneria civile vengono utilizzati nell’elaborazione modale di una struttura.

Le analisi EMA ed OMA sono due diversi metodi  utilizzati per svolgere l’analisi dinamica strutturale.  Scelti di volta in volta in base alle caratteristiche della struttura da analizzare  hanno come obiettivo comune quello di caratterizzare la struttura per estrapolare i parametri  modali che ne definiscono il comportamento dinamico in risposta alle vibrazioni. Poiché la loro applicazione varia a seconda della possibilità di fornire una forzante vibrazionale sufficiente a stimolare la costruzione, non è facile poter applicare entrambe le analisi ad uno stesso complesso strutturale. Per svolgere tale confronto è stata, perciò, adoperata la ricostruzione in scala di una generica struttura a 4 livelli con 3 gradi di libertà per piano (Traslazione su X e Y e rotazione sul piano orizzontale) gentilmente fornita dalla Metralab Srl. Il modello è stato costruito con delle dimensioni sufficientemente grandi da poter essere studiato tramite analisi OMA, ma altrettanto piccolo da poter essere stimolato con un piccolo martello strumentato per applicare così anche l’analisi EMA.

L’analisi modale sperimentale (EMA - Experimental Modal Analysis) opera imponendo una forzante nota al complesso sotto analisi tramite un martello strumentato o uno shaker e, successivamente, acquisisce le informazioni per mezzo di sensori accelerometrici sensibili alle oscillazioni della struttura. Tale analisi è stata svolta adoperando il software DewesoftX con i relativi plug in per il testing (“Modal Test”) e per l’elaborazione dei dati (“Modal Analysis”).

L’analisi modale operativa (OMA - Operational Modal Analysis) lavora invece senza una forzante nota. Per questo motivo  è focalizzata su acquisizioni che avvengono durante un arco temporale più lungo rispetto all’EMA, così da avere maggiori informazioni sul rumore di fondo ambientale (rumore bianco) e sull’oscillazione della struttura. La sensoristica applicata per l’acquisizione delle informazioni accelerometriche è la stessa dell’analisi EMA. L’elaborazione dei dati per l’analisi modale operativa è stata svolta con il software Dewesoft-Artemis-OMA.

Sono stati applicati due algoritmi differenti così da porre a confronto un ulteriore livello di elaborazione dei dati. Nel primo caso è stato applicato l’algoritmo FDD (Frequency Domain Decomposition) che svolge l’analisi modale nel dominio della frequenza.

Nel secondo caso è stato applicato l’algoritmo SSI-UPCX che svolge l’analisi modale nel dominio del tempo, adoperando tecniche a sottospazio stocastico.