Estimation of Structural Dynamic Properties Using Signal Processing Techniques

신호처리기법을 이용한 구조물의 동특성치 추정

Conventional methods to estimate natural frequencies and damping ratios of structures from measured response time series obtained during impact tests are reviewed. Maximum Entropy Method and Least Square Prony Method are introduced to alleviate the inherent limitation of the conventional methods. The performance of the methods are explored through computer simulation. As an example of application, they are applied to the time series obtained from an anchor drop-and-snup test of a container ship and the result is compared to that of conventional FFT method. As a result of the computer simulation, it is found that Maximum Entropy Method is very efficient to estimate natural frequencies of structures when two neighboring natural frequencies are close enough and short data records are only available, but it is not a reliable estimator for damping ratios. And it is also found that Least Square Prony Method is efficient to estimate the natural frequencies and damping ratios of highly damped structural system, but the estimation efficiency of damping ratios is significantly deteriorated in the presence of significant additive noise.

본 논문에서는 충격시험에 의해 얻어진 구조물의 과도진동응답 신호로부터 구조물의 동특성치를 구하는 기존방법에 대하여 살펴보고 이들 기존 방법의 단점을 개선할 수 있는 방법으로 최대엔트로피방법(Maximum Entropy Method)과 최소자승 Prony법(Least Square Prony Method)를 도입하여 수치실험을 통한 성능시험을 수행하였다. 그리고 적용예로서 선박의 낙묘시험으로부터 얻은 시계열에 이들을 적용하여 그 결과 FFT법 결과와 비교하였다. 연구결과, 최대엔트로피방법은 구조물의 인접 고유진동수들이 가까이 있고 얻을 수 있는 동적응답 시계열의 data 길이가 짧을 때의 고유진동수 추정에 유용하나 감쇠비 산정에는 유용하지 못함이 밝혀졌다. 또한, 최소자승 Prony법은 과감쇠계의 고유진동수 및 감쇠비 추정에 유용하나 동적응답 시계열에 많은 잡음이 포함되어 있을 경우, 감쇠비 추정성능이 크게 저하되는 것으로 나타났다.