A MTS e a Universidade de Minnesota colaboram para demonstrar a eficácia do Controle em Cascata, um método inovador de controle em malha fechada projetado para realizar experimentos de simulação híbrida de alta fidelidade utilizando espécimes de subestrutura muito rígidos.
O Controle em Cascata combina duas camadas de controle em malha fechada para superar as dificuldades encontradas ao impor comandos de deslocamento provenientes de modelos de análise em espécimes físicos altamente rígidos durante experimentos de simulação híbrida. Para avaliar a eficácia do novo método, engenheiros da MTS (Shawn You, Shawn Gao e Brad Thoen) colaboraram com pesquisadores do Laboratório MAST da Universidade de Minnesota (Catherine French, Evan Cosgriff e Paul Bergson) em uma série de experimentos que empregaram uma variedade de espécimes de teste, sistemas de teste, tipos de elementos experimentais e velocidades de teste.
O Controle em Cascata apresenta um circuito externo que aceita comandos de deslocamento do modelo FEA, e um circuito interno que fornece o controle de força necessário para excitar com precisão espécimes de teste que apresentam pouco ou nenhum deslocamento. Três casos de teste, cada um comparando uma simulação FEA com simulações híbridas usando controle em cascata e controle de deslocamento, foram conduzidos em quadros de carga MTS Landmark e no sistema de Teste de Subconjunto Multi-Axial (MAST) da Universidade de Minnesota. Em todos os casos, o controle em cascata provou ser eficaz para simulação híbrida com espécimes rígidos.
O Controle em Cascata apresenta um circuito externo que aceita comandos de deslocamento do modelo FEA, e um circuito interno que fornece o controle de força necessário para excitar com precisão espécimes de teste que apresentam pouco ou nenhum deslocamento. Três casos de teste, cada um comparando uma simulação FEA com simulações híbridas usando controle em cascata e controle de deslocamento, foram conduzidos em quadros de carga MTS Landmark e no sistema de Teste de Subconjunto Multi-Axial (MAST) da Universidade de Minnesota. Em todos os casos, o controle em cascata provou ser eficaz para simulação híbrida com espécimes rígidos.
Caso de Teste 1: Os dados do terremoto de El Centro de 1940 foram aplicados a um modelo de FEA de uma estrutura tridimensional de um pavimento e um vão, e a um teste com quadro de carga MTS Landmark em uma coluna de alumínio com rigidez axial de 110 kN/mm. Obteve-se uma boa correlação entre as simulações FEA e híbridas; no entanto, a força vertical medida usando o controle em cascata foi mais suave do que a obtida com o controle de deslocamento.
Caso de Teste 2: Os dados do terremoto de El Centro de 1940 foram aplicados a um modelo de FEA de uma estrutura bidimensional de um pavimento e um vão, e a um teste com quadro de carga MTS Landmark em uma treliça de aço com rigidez axial de 120 kN/mm. Obteve-se uma boa correlação entre as simulações FEA e híbridas; no entanto, com baixa excitação, a força axial medida com controle de deslocamento apresentou níveis mais altos de distorção da onda.
Caso de Teste 3: Os dados do terremoto de Northridge de 1994 foram aplicados a um modelo de FEA de uma estrutura tridimensional de três pavimentos e múltiplos vãos, e a um sistema MAST de 6DOF testando uma coluna de aço com rigidez vertical de 418 kN/mm. Obteve-se uma boa correlação entre as simulações FEA e híbridas, embora se suspeite que o controle em cascata forneceria resultados mais precisos em sistemas de teste com maior nível de ruído do que o sistema MAST de baixíssimo atrito da Universidade de Minnesota.
