Identification of structural nonlinearities from vibration measurements

The description of the nonlinear phenomena that often affect the dynamics of the majority of engineering structures is one of the most problematical aspects in the identification of structural parameters. For this reason in most cases the non-linearity is not considered. The purpose of this work, placed within the field of nonlinear modal analysis, is to verify the incompleteness of linear standard methods for the identification of modal parameters when applied to nonlinear systems and to study other nonlinear methodologies whose scope is the description of the parameters as functions of the amplitude of vibration. There are at least two advantages in these methods: they require standard linear modal tests and they do not need assumptions on the type of nonlinearity. These methodologies have been first applied to the numerical response of nonlinear systems. Since for these systems the analytical solution is known, it has been possible to compare the results of the nonlinear methods with the theoretical solutions. The methods have then been applied to experimental data to verify if they were valid or if they had limits when applied to a real structure.

La caratterizzazione di fenomeni di tipo non lineare, che molto spesso influenzano la dinamica di una generica struttura, rappresenta uno degli aspetti più delicati nell’ambito dell’identificazione modale. Per questo motivo nella pratica le non-linearità strutturali vengono generalmente non considerate. Lo scopo del seguente lavoro, che si inserisce appunto nel campo dell’analisi modale non lineare, é quello verificare la non adeguatezza di metodi di analisi lineare quando applicati a strutture non lineari e di studiare delle metodologie che permettano l’estrazione dei parametri modali come funzioni dell’ampiezza di vibrazione. Tali metodologie sono applicabili a sistemi a un grado di libertà (o a sistemi a più gradi di libertà con modi sufficientemente separati). Il vantaggio delle tecniche analizzate é duplice: per la loro applicabilità queste, infatti, richiedono test modali di tipo standard sulla struttura in analisi e inoltre non necessitano di alcuna previsione a priori sul tipo di non linearità. I metodi proposti sono stati applicati innanzi tutto alla risposta di sistemi non lineare implementati numericamente, sistemi per i quali era nota una soluzione analitica approssimata. In questo modo è stato innanzi tutto possibile effettuare un confronto tra i risultati delle metodologie studiate e quelli teorici. Al fine di verificare se i metodi fossero validi anche quando applicati ad una struttura reale e per studiarne eventuali limiti questi sono quindi stati utilizzati per analizzare misure effettuate sul modello di una tipica struttura aeronautica.