Vibration Frequencies as Status Indicators for Tensegrity Structures

•  Applications of vibration structural health monitoring (VHM) techniques are increasing rapidly. This is because of the advances in sensors and instrumentation during the last decades. VHM uses the vibration properties to evaluate many civil structures during the design steps, building steps and service life.The stiffness and frequencies of tensegrity structures are primarily related to the level of pre-stress. The present work investigates the possibilities to use this relation in designing, constructing and evaluating the tensegrity structures.The first part of the  present work studies the improvement of current models for resonance frequency simulation of tensegrities by introducing the bending behaviour of all components, and by a one-way coupling between the axial force and the stiffness. From this, both local and global vibration modes are obtained. The resonance frequencies are seen as non-linearly dependent on the pre-stress level in the structure, thereby giving a basis for diagnosis of structural conditions from measured frequencies. The new aspects of tensegrity simulations are shown for simple, plane structures but the basic methods are easily used also for more complex structures.In the second part, the environmental temperature effects on vibration properties of tensegrity structures have been investigated, considering primarily seasonal temperature differences (uniform temperature differences). Changes in dynamic characteristics due to temperature variations were compared with the changes due to decreasing pre-tension in one of the cables. In general, it is shown that the change in structural frequencies made by temperature changes could be equivalent to the change made by damage (slacking). Different combinations of materials used and boundary conditions are also investigated. These are shown to have a significant impact on the pre-stress level and the natural frequencies of the tensegrity structures when the environment temperature is changed.

• Användandet av vibrationsbaserade hälsokontrollsmetoder (VHM) för strukturer ökar snabbt.Detta har möjliggjorts av utvecklingen inom  mätmetoder och mätutrus- tning under de senaste decennierna.Dessa metoder använder sig av de uppmätta eller simulerade vibrationsegenskaperna  underdesign-, uppbyggnads- och  nyttjandestadierna hos många slag av byggnadsverk.Styvheten och resonansfrekvenserna hos tensegritets-strukturer är i hög grad beroendepå den aktuella förspänningsnivån. Föreliggande arbete undersöker möjlig- heterna attanvända detta beroende i konstruktion, byggande och utvärdering av sådana strukturer.Den första delen av  föreliggande arbete studerar förbättringar av de vanligen användamodellerna för simulering av resonansfrekvenser hos tensegritetsstrukturergenom att införa de ingående komponenternas böjningsegenskaper, och genom att i enriktning koppla normalkraften till böjstyvheten. Genom detta kan såväl lokala som globalavibrationsmoder hittas. Resonansfrekvenserna ses därmed som icke-linjärt beroende avförspänningsnivån i strukturen. Detta ger därmed möjligheter att diagnosticera strukturenskondition från uppmätta frekvenser. De nya simuleringsmöjligheternademonstreras för enkla, plana strukturer, men de utvecklade metoderna kan också lättanpassas till mera komplexa fall.Den andra delen av arbetet undersöker hur strukturernas vibrationsegenskaper ärberoende på temperatureffekter i omgivningen. I första hand beaktas säsongsvisa (likformiga)temperaturvariationer. Förändringar i de dynamiska egenskaperna beroende påtemperaturförändringar jämfördes med dem som beror på en minskande förspänning hos någonav de ingående kablarna. I allmänhet gäller att förändringarna i resonansfrekvenser kanvara av samma storleksordning som de som beror på skador (minskad förspänning).Olika kombinationer av material, och olika upplagsförhållanden undersöktes.Dessa egenskaper visades ha en betydande effekt på förspänningsnivån, och därmed ocksåpå resonansfrekvenserna, hos tensegritets-strukturerna som utsätts för temperaturvariationer.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Teknisk mekanik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Applied Mechanics (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Annan maskinteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Other Mechanical Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

Tensegrity

Pre-stress

Vibration

Health monitoring

Buckling

Temperature effect

Vibration health monitoring VHM

Tensegritet

Förspänning

Vibration

Hälsokontroll

Knäckning

Temperatureffekt

Vibrationsbaserad hälsokontroll

Engineering Mechanics

Teknisk mekanik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)