A George E. Brown, Jr., Network for Earthquake Engineering Simulation (NEES) é um recurso nacional de simulação sísmica em rede que atende uma rede geograficamente distribuída de sites de pesquisa experimental, incluindo a Universidade do Colorado (CU) em Boulder. A NEES se esforça para acelerar a ciência da engenharia sísmica, com o objetivo final de otimizar o desempenho dos sistemas de infraestrutura civil e mecânica.
DESAFIO DO CLIENTE
Historicamente, os engenheiros sísmicos foram forçados a escolher entre dois métodos para avaliar o desempenho de um sistema estrutural sob cargas sísmicas
1. Emprego de um grande simulador sísmico, ou mesa vibratória, para sacudir fisicamente
toda a estrutura
2. Teste pseudodinâmico, que utiliza vários atuadores para aplicar força e movimento
a partes específicas de uma estrutura
O uso de um simulador sísmico fornece uma taxa de resposta realista para avaliar a dinâmica da vibração . No entanto, muitos laboratórios de teste consideram a montagem de uma estrutura completa em uma mesa vibratória com custo demasiadamente alto, devido ao tempo e despesas significativas necessárias para a instalação. Além disso, as estruturas que podem ser testadas são limitadas pelo tamanho e capacidade de carga útil do equipamento de teste.
Os testes pseudodinâmicos, por outro lado, custam menos e são capazes de testar estruturas muito maiores do que um simulador sísmico, mas aplicam forças e movimentos a um ritmo mais lento do que seria experimentado em um evento sísmico real. De fato, a taxa de carga é muitas vezes 100 vezes mais lenta do que a taxa real de resposta em tempo real da estrutura a um terremoto. Como resultado, embora os testes pseudodinâmicos sejam uma boa ferramenta para medir a resistência estrutural e a rigidez, ela não pode avaliar suficientemente as propriedades dinâmicas , que são essenciais para avaliar o desempenho de uma estrutura face a um evento sísmico. Até o momento, a maioria dos sistemas híbridos de simulação tem sido baseada em testes pseudodinâmicos
SOLUÇÃO DA MTS
A NEES, na CU-Boulder colaborou estreitamente com a MTS para desenvolver um sistema de testes híbridos rápidos (FHT) de última geração , projetado para testar fisicamente uma subestrutura, enquanto modelos de computador simulam digitalmente a influência física da estrutura ao redor da subestrutura. Esta tecnologia de simulação híbrida em tempo real combina os pontos fortes do teste virtual e físico para produzir velocidade, precisão e eficiência de custo sem precedentes.
Os testes modelados e físicos estão firmemente acoplados e operam a 1024 Hz, o que permite a avaliação precisa da dinâmica de vibração, além de testes de resistência e rigidez. Os assuntos típicos para testes híbridos rápidos incluem estruturas como paredes de cisalhamento e colunas de pontes, e componentes como sistemas de isolamento de base e dispositivos de resposta-mitigação.
Composto inteiramente de hardware e software MTS, o sistema FHT apresenta três atuadores de alta velocidade e alta capacidade acionados por um controlador MTS conectado através de uma interface de alta velocidade em uma aplicação de simulação de computador em tempo real. O sistema também apresenta acesso on-line a uma série de ferramentas de gerenciamento e compartilhamento de dados, permitindo que os engenheiros sísmicos da CU-Boulder colaborem com colegas pesquisadores em locais remotos da NEES.
A MTS também ajudou a NEES a desenvolver os algoritmos necessários para suportar a simulação híbrida em tempo real. "Os atuadores não podem alcançar esta taxa de resposta rápida por si mesmos", disse o gerente do site NEES, Tom Bowen. "Ao contrário, eles têm que ser informados sobre o que fazer, e a MTS foi fundamental para desenvolver as capacidades computacionais necessárias para conduzir tal velocidade"
"A simulação híbrida em tempo real, ou rápida, é possível graças às capacidades atuais de processamento rápido por computador, que podem aplicar os algoritmos avançados necessários para conciliar testes físicos e dados de modelagem virtual em uma única simulação", disse Bowen. "Mas o mais significativo é que este teste ocorre a um ritmo que se aproxima da resposta em tempo real de uma estrutura sob cargas sísmicas reais. Isso significa que você obtém a eficiência de custo dos testes pseudodinâmicos, juntamente com uma taxa de resposta altamente realista que anteriormente só podia ser alcançada usando uma mesa vibratória"
BENEFÍCIOS PARA O CLIENTE
De acordo com Bowen, a NEES optou por utilizar hardware, software e consultoria de suporte da MTS para o projeto, devido à liderança em testes sísmicos da MTS , a amplitude de sua oferta de produtos e a reputação inigualável do suporte pós-venda.
"Nós nos perguntamos o que seria necessário em equipamentos e expertise para criar um sistema híbrido em tempo real, e a MTS foi sempre a primeira escolha", disse Bowen. "A proposta da MTS veio um pouco mais alta do que as outras, mas optamos por trabalhar com eles porque o valor oferecido por sua solução se estendeu muito além das outras. Este é um excelente testemunho vindo de uma universidade estadual que é movida principalmente pelo orçamento"
Testes sísmicos aprimorados para laboratórios em todos os EUA
Os pesquisadores de todo o país têm acesso à solução CU-Boulder FHT através da rede NEES. Os testes podem ser executados na unidade, em Boulder, ou distribuídos remotamente através da Internet . O sistema FHT melhora significativamente os testes sísmicos ao tornar disponível as altas cargas e as taxas de resposta em tempo real de um evento real de terremoto para uma comunidade mais ampla de laboratórios de testes. O sistema é uma alternativa econômica a uma mesa vibratória, tecnologicamente superior aos tradicionais testes pseudodinâmicos e permite o melhor entendimento de sistemas complexos acoplados.
Os modelos virtuais criados com o sistema FHT também economizam tempo valioso para os engenheiros ao realizarem seus próprios testes em subestruturas e componentes.
Além de fornecer dados de teste mais robustos", disse Bowen, "o sistema FHT permite que os engenheiros sísmicos passem mais tempo pesquisando e menos tempo se preocupando em como apoiar suas iniciativas de teste". Ele permite o intercâmbio aberto de informações em toda a comunidade. Estamos todos tirando proveito de um nível coletivo de especialização que não está disponível em nenhum laboratório de testes, e todo o segmento está sendo beneficiado."
Bowen disse que um ingrediente fundamental para o sucesso do programa FHT foi sua parceria com a MTS. "Eu sei que este termo é muito usado, mas a MTS foi um parceiro para nós no sentido mais verdadeiro", disse ele. "Não houve limites para a perícia e o apoio que a MTS forneceu"
