KUNDENHERAUSFORDERUNG
Da sich die Bevölkerungszentren an den Küsten auf der ganzen Welt immer weiter ausbreiten, ist die Entwicklung eines tieferen Verständnisses der Dynamik von Meereswellen zu einer dringenden Angelegenheit geworden, um Leben und Lebensgrundlagen zu schützen. Die Tsunamis, die auf große Erdbeben im Meer folgen, sind immens zerstörerisch, ebenso wie die Sturmfluten, die Hurrikans begleiten. Es ist nicht die Frage, ob diese Ereignisse eintreten werden, sondern wann. Daher scheint Vorbereitung die beste Verteidigung der Menschheit zu sein, erreicht durch die Entwicklung von mehr wellen- und erosionsresistenten Küstenstrukturen und besseren Evakuierungsplänen.
Diese Ziele beschreiben die Aufgabe des George E. Brown, Jr. Network for Earthquake Engineering Simulation Tsunami Research Facility (NEES TRF) am Oregon State University College of Engineering O.H.. Hinsdale Wave Research Laboratory (HWRL). Es ist eine der weltweit größten und anspruchsvollsten Einrichtungen, die sich der Forschung und Innovation in der Küsten- und Meerestechnik sowie der küstennahen Wissenschaft widmet. Die Wellensimulationstechnologie wurde 1971 am HWRL eingeführt, und die Einrichtung hat die internationale Forschungsgemeinschaft seither entscheidend unterstützt. Die Arbeit bei NEES TRF beeinflusst, wie der Mensch mit den Ozeanen interagiert, darunter wo wir leben, wie wir die Küstenökosysteme erhalten und sogar wie wir Energie erzeugen.
Die Skalierung stellt eine primäre und anhaltende Herausforderung für die strömungsmechanische Forschung im Allgemeinen und für NEES TRF im Besonderen dar. Ein Großteil der Wellenmechanik- und Küstenerosionsstudien lassen sich nicht genau von kleineren Modellen skalieren, daher gibt es einen konstanten Wunsch unter den Forschern, größere Anlagen zu entwickeln, um so nah wie möglich an der Prototypgröße zu testen. Mit zunehmender Größe kommt die damit verbundene Herausforderung, die Kosten einzudämmen, da fortschrittliche Einrichtungen, Technologien und Talente benötigt werden, um solche Tests zu unterstützen.
„Viele wertvolle Testmöglichkeiten, z. B. die Erzeugung der langen Wellen, die für Tsunamis und Sturmfluten üblich sind, fehlten in diesem Bereich, weil keine Testanlagen groß genug waren, um sie zu unterstützen“, erklärt Dr. Solomon Yim, Professor of Ocean and Structural Engineering an der OSU, HWRL Acting Director und NEES Principal Investigator. „Unser Ziel – und unsere Herausforderung – war es, weiter zu expandieren, um immer mehr nützliche Testmethoden zur Verfügung zu stellen.“
MTS-LÖSUNG
In den letzten vier Jahrzehnten haben MTS und HWRL/NEES TRF erfolgreich mehrere Anlagenerweiterungen gemeinsam durchgeführt. Laut Dr. Yim spielte MTS bei jeder Erweiterung durch Anlagenplanung, Hard- und Softwarespezifikation, Systemintegration und laufende Wartung eine Schlüsselrolle.
„MTS war maßgeblich an der Fertigstellung der notwendigen Algorithmen im Kontrollraum sowie der Verkabelung und der Konfiguration des Steuerungs- und Betätigungsschemas beteiligt“, so Dr. Yim. „MTS war besonders hilfreich bei der Bereitstellung von benutzerdefinierten Langwellenfähigkeiten durch unseren Large Wave Flume, was eine wichtige Anforderung für Tsunami-Forscher ist.“
Zwei massive, hochmoderne Prüfsysteme unterstützen derzeit die Aktivitäten bei NEES TRF: Ein Large Wave Flume , das die genaue Simulation von Flachwasser-Hurrikanen, Tsunamis, langen Wellen und langfristiger Küstenerosion ermöglicht, und ein Tsunami Wave Basin, das fortschrittliche Tsunami-Simulationen ermöglicht, um Forschern zu helfen, die komplexe, dreidimensionale Natur solcher Ereignisse besser zu verstehen. Als eines der größten und technologisch anspruchsvollsten Labore der Welt für Küsten- und Meerestechnikforschung zieht das NEES TRF jährlich Tausende von Besuchern an.
Der Large Wave Flume ist 104 m (342 Fuß) lang, 3,7 m (12 Fuß) breit und 5 m (15 Fuß) tief und wurde 1972 gemeinsam von MTS und HWRL entwickelt. Eine fortschrittliche, kolbenartige hydraulische Antriebsbaugruppe an der großen Wellenrutsche wurde 2009 installiert und ersetzte den ursprünglichen Scharnier-Wellenmacher, der ebenfalls von MTS im Jahr 1972 gebaut wurde. Die neue Antriebsbaugruppe erzeugt einen Hub und eine Geschwindigkeit von bis zu 4 m (13 Fuß) pro Sekunde.
Das derzeitige Tsunami-Wellenbecken ist 48,8 m (160 Fuß) lang, 26,5 m (87 Fuß) breit und 2,1 m (7 Fuß) tief und verfügt über 30 Hydraulikantriebe von MTS und 29 Paddel, die einen maximalen Hub und eine Geschwindigkeit von 2 m (6,6 Fuß) pro Sekunde erzeugen.
Dr. Yim nennt die Finanzierung als den letztlich entscheidenden Faktor für jede Erweiterung. „Als wir unsere Vorschläge verfassten, verließen wir uns stark auf den technischen Scharfsinn und das Fachwissen von MTS hinsichtlich Planung von Einrichtungen, um uns zu zeigen, wie unsere Erweiterungen die internationale Forschung unterstützen und letztendlich der Öffentlichkeit zugute kommen würden“, erklärt er. „Ich glaube, dass unsere gründlichen Vorschläge viel mit der bedeutenden finanziellen Unterstützung zu tun hatten, die wir bisher erhalten haben. Dazu gehören zwei große NSF-Zuschüsse für Geräte und Instrumentierung in Folge, was selten vorkommt.“
KUNDENVORTEILE
Durch die kontinuierliche Erweiterung des Umfangs und der Raffinesse der Testeinrichtungen hat die NEES TRF es Ingenieuren weltweit ermöglicht, beispiellose Einblicke in die Wellendynamik und die potenziellen Auswirkungen ozeanischer Ereignisse auf die Menschheit zu gewinnen, was die Entwicklung langlebiger Strukturen und effektiver Evakuierungsstrategien ermöglicht.
„Wir können hier das gesamte Spektrum verwandter Studien abdecken, einschließlich alles von der Simulation von Bedingungen meilenweit draußen im Ozean bis hin zu den Bedingungen entlang der Küstenlinie und sogar im Landesinneren“, so Dr. Yim. „Bei all den Veränderungen bei NEES TRF sind die Technologie und das Personal von MTS eine wertvolle Konstante geblieben. Wir erhalten auch routinemäßige Wartungsarbeiten von MTS über NEES, was uns geholfen hat, die Kosten zu kontrollieren, indem wir unsere Prüfsysteme und die Betriebszeit auf dem Maximum halten.“
Was die Zukunft angeht, so sieht Dr. Yim eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen weiteren Ausbau bei NEES TRF, insbesondere in Anbetracht des dringenden Bedarfs an fortgesetzter Forschung zum besseren Verständnis der Auswirkungen von Tsunamis auf Küstenregionen.
„Die Wellendynamik wird zunehmend nichtlinear, je näher man sich der Küstenlinie nähert, wodurch die maßstabsgetreuen Modelle noch weniger effektiv sind; daher nehme ich an, dass unsere Prüfsysteme noch größer werden müssen“, erklärt er. „Sobald diese Zeit gekommen ist, werden wir sicherlich auf MTS schauen, um uns bei der Erstellung des Angebots zu helfen, das hoffentlich zu noch einer Erweiterung führen wird.“
