A Method for Determining Model‐Structure Errors and for Locating Damage in Vibrating Systems

A method is proposed for the determination of natural frequencies and mode shapes of a system which is constrained so that unknown stiffnesses are replaced by rigid connections. The constraint is not imposed physically but only in mathematics so that the behaviour of the constrained system is inferred from the unconstrained measurements. Since stiffnesses which are made rigid cannot experience any elastic strain they can have no effect on the inferred measurements. A procedure for comparing the inferred measurements with similarly constrained finite element predictions can be used to determine model‐structure errors. Damage, such as a crack in a beam, can be located by comparing the inferred measurements from the structure in its undamaged and current states. It is demonstrated how unmeasured rotations may be constrained by using rigid‐body modes and a reduction/expansion transformation from a finite element model.Sommario. Viene proposto un metodo per la determinazione delle frequenze proprie e dei modi di vibrazione di un sistema vincolato in modo tale che alcuni elementi elastici siano sostituiti da collegamenti rigidi. Il vincolo non viene imposto fisicamente, ma solo matematicamente, e pertanto il comportamento del sistema vincolato viene dedotto dalle misure sul sistema non vincolato. Poiché gli elementi che sono resi rigidi non possono subire alcuna deformazione elastica, essi non hanno certamente alcun effetto sulle misure dedotte per il sistema vincolato. Una procedura che mette a confronto le misure dedotte per il sistema vincolato con le previsioni fornite da un modello ad elementi finiti con analoghi vincoli, può essere utilizzata per determinare errori nella struttura del modello. Danni del tipo di una cricca su una trave possono essere localizzati confrontando le misure dedotte – per sistemi analogamente vincolati – da quelle effettuate sulla struttura non danneggiata e sulla struttura danneggiata. Si dimostra come si possono imporre vincoli sulle rotazioni (non misurate) utilizzando i modi di corpo rigido dell'elemento e una tecnica di riduzione/espansione dei gradi di libertà di un modello ad elementi finiti.