MTS und die Universität Minnesota arbeiten zusammen, um die Wirksamkeit der Cascade-Steuerung zu beweisen, einer innovativen Regelungsmethode im geschlossenen Regelkreis, die für die Durchführung hochpräziser Hybrid-Simulationsexperimente mit sehr steifen Substruktur-Testproben entwickelt wurde.
Cascade-Steuerung kombiniert zwei Ebenen der Regelung im geschlossenen Regelkreis, um die Schwierigkeiten zu überwinden, die beim Anwenden von Verschiebungsbefehlen aus Analysemodellen auf hochsteife physikalische Testproben während Hybrid-Simulationsexperimenten auftreten. Um die Effektivität der neuen Methode zu evaluieren, arbeiteten MTS-Ingenieure (Shawn You, Shawn Gao und Brad Thoen) mit Forschern des MAST-Labors der Universität Minnesota (Catherine French, Evan Cosgriff und Paul Bergson) an einer Reihe von Experimenten, die eine Vielzahl von Testproben, Testsystemen, experimentellen Elementtypen und Testgeschwindigkeiten einsetzten.
Cascade-Steuerung verfügt über eine äußere Schleife, die Verschiebungsbefehle vom FEA-Modell akzeptiert, und eine innere Schleife, die die Kraftregelung bereitstellt, die notwendig ist, um Testproben genau anzuregen, die wenig oder keine Verschiebung aufweisen. Drei Testfälle, bei denen jeweils eine FEA-Simulation mit Hybrid-Simulationen unter Verwendung von Cascade- und Verschiebungssteuerung verglichen wurde, wurden an MTS Landmark-Prüfrahmen und dem Multi-Axial Subassemblage Test (MAST)-System der Universität Minnesota durchgeführt. In allen Fällen erwies sich die Cascade-Steuerung als effektiv für Hybrid-Simulationen mit steifen Proben.
Cascade-Steuerung verfügt über eine äußere Schleife, die Verschiebungsbefehle vom FEA-Modell akzeptiert, und eine innere Schleife, die die Kraftregelung bereitstellt, die notwendig ist, um Testproben genau anzuregen, die wenig oder keine Verschiebung aufweisen. Drei Testfälle, bei denen jeweils eine FEA-Simulation mit Hybrid-Simulationen unter Verwendung von Cascade- und Verschiebungssteuerung verglichen wurde, wurden an MTS Landmark-Prüfrahmen und dem Multi-Axial Subassemblage Test (MAST)-System der Universität Minnesota durchgeführt. In allen Fällen erwies sich die Cascade-Steuerung als effektiv für Hybrid-Simulationen mit steifen Proben.
Testfall 1: Eingaben des 1940 El Centro Erdbebens wurden auf ein FEA-Modell einer 3D-Einstöckigen, einfeldrigen Rahmenstruktur und einen MTS Landmark Prüfrahmen angewendet, der eine Aluminiumstütze mit einer axialen Steifigkeit von 110 kN/mm testete. Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den FEA- und Hybrid-Simulationen erzielt, jedoch war die mit der Cascade-Steuerung gemessene vertikale Kraft gleichmäßiger als die mit der Verschiebungssteuerung erhaltene.
Testfall 2: Eingaben des 1940 El Centro Erdbebens wurden auf ein FEA-Modell einer 2D-Einstöckigen, einfeldrigen Rahmenstruktur und einen MTS Landmark Prüfrahmen angewendet, der eine Stahlfachwerkkonstruktion mit einer axialen Steifigkeit von 120 kN/mm testete. Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den FEA- und Hybrid-Simulationen erzielt, jedoch zeigte die mit der Verschiebungssteuerung gemessene axiale Kraft bei geringer Erregung höhere Verzerrungswerte der Welle.
Testfall 3: Eingaben des 1994 Northridge Erdbebens wurden auf ein FEA-Modell einer 3D-dreistöckigen, mehrfeldrigen Rahmenstruktur und ein 6DOF MAST-System angewendet, das eine Stahlstütze mit einer vertikalen Steifigkeit von 418 kN/mm testete. Es wurde eine gute Übereinstimmung zwischen den FEA- und Hybrid-Simulationen erzielt, obwohl vermutet wird, dass die Cascade-Steuerung genauere Ergebnisse auf Testsystemen mit höherem Rauschen liefern würde als das extrem niederfrequente MAST der Universität Minnesota.
