F: Welche sind einige der größten Herausforderungen, denen sich seismische Prüflabore heute stellen müssen?
Peter Gunness: Wissenschaftler begannen Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts mit der Messung von Erdbebenbeschleunigungen und füllten die heutigen Datenbanken mit Tausenden von Bodenbewegungsaufzeichnungen. Die Erdbeben mit der stärksten Bodenbewegung, welche die meisten Schäden und Todesfälle verursachen, haben einzigartige Eigenschaften, sodass wir bei jedem größeren Erdbeben etwas Neues lernen können. Dies stellt Anforderungen an Prüfsysteme zur Simulation aller möglichen seismischen Szenarien, um die Erdbebenbereitschaft zu validieren. Da viele große Erdbeben in einzigartiger Weise Kräfte ausüben, führen sie oft zu Änderungen in den Bauvorschriften, den Normen für Qualifikationstests und den Anforderungen an seismische Prüfgeräte.
Jeder möchte Prüfkörper so nah wie möglich am Originalmaßstab testen, da dies die genauesten und reinsten Simulationen des realen Prüfkörperverhaltens liefert. Da bei seismischen Strukturtests jedoch Gebäude, Brückensegmente und andere extrem große und schwere Testobjekte verwendet werden, wird der Energie- und Platzbedarf für Tests in annähernd tatsächlicher Größe zu kostspielig. Die Labore müssen mit einem maßstabsgetreuen Modell der Realität arbeiten, was zu Ungenauigkeiten führt, die beim Testen berücksichtigt werden müssen.
Die meisten Erdbeben haben einen sehr niedrigen Frequenz- und großen Verschiebungsanteil, aber wenn maßstabsgetreue Modellprüfkörper getestet werden, erhöht die Kompression der Zeitachse den Frequenzanteil und reduziert die Verschiebung. Dies stellt eine Herausforderung für die Konstruktion und die Servosteuerung dar, da das System über einen relativ großen Frequenzbereich arbeiten muss und die Prüfkörper direkt auf dem Vibrationstisch montiert werden. Die zusätzliche Masse des Prüfkörpers beeinflusst sowohl die Tischabstimmung als auch das Ansprechverhalten.
Zusätzlich können alle Kräfte, die zu Abstimmungszwecken auf den Rütteltisch aufgebracht werden, den Prüfkörper beschädigen und sein Verhalten grundlegend verändern. Um den Prüfkörper zu schonen und die Testtreue zu gewährleisten, muss die Abstimmung mit reduzierter Amplitude erfolgen. Und während der Prüfung müssen die Resonanzen und die wechselnde Dynamik des Prüfkörpers von der Steuerung so berücksichtigt werden, dass Fehler minimiert werden und die Zeitverlauf-Darstellung exakt erreicht wird.
F: Wie hilft MTS diesen Prüflabors, diese Herausforderungen zu meistern?
Gunness: Ein erster Weg ist unser Flaggschiff, die seismische Qualifizierungs- und Simulationssoftware STEX Pro. Diese Software beinhaltet unsere erstklassige Remote-Parameter-Control-Technologie, bekannt als „RPC®“, um präzise und wiederholbare seismische Qualifikationstests und Simulationen an Baustrukturen und Unterkonstruktionen sowie an nicht-struktureller Ausrüstung zu ermöglichen.
Diese Software kombiniert fortschrittliche seismische Simulationswerkzeuge mit einer Reihe von Anwendungen zur präzisen Steuerung komplexer mechanischer Mehrkanalprüfsysteme. Ein iterativer Prozess wird eingesetzt, um Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Verschiebungen aus aufgezeichneten Zeitverläufen und Profilen, die unsere Kunden definieren, genau zu reproduzieren.
Die STEX Pro-Software ist das ideale Werkzeug für jede mehrdimensionale seismische Prüfanwendung. Sie ist vielseitig genug, um nahezu jedes seismische Ereignis an Prüfkörpern jeder Größe und an jedem Teil der Prüfkörper zu simulieren, für Konfigurationen mit einem oder mehreren Freiheitsgraden und einem oder mehreren Rütteltischen.
Für Qualifikationstests wie die Bellcore-, AC156- und IEE693-Spezifikationen bietet die STEX Pro-Software ein Menü mit Tools für das Stoßantwortspektrum (Shock Response Spectrum bzw. SRS). Prüflabore können aus den Eingaben des Beschleunigungszeitverlaufs Stoßantwortspektren erzeugen, oder eine inverse SRS-Funktion kann SRS-Daten in zufällige Zeitverlaufsausgaben umwandeln, die als gewünschte Antwort für die Simulation verwendet werden können.
F:Warum ist die STEX Pro-Software wichtig für die seismische Simulation?
Gunness: Für seismische Prüfungen ermöglicht die Software die Erfassung von tatsächlichen Erdbebenkraft- und Bewegungsdaten in der realen Welt und die präzise Replikation auf Prüfkörper im Prüflabor unter Verwendung eines oder mehrerer Rütteltische. Dadurch erhalten die Prüfingenieure einen Einblick in das Verhalten von bautechnischen und nicht bautechnischen Strukturen unter sehr realistischen seismischen Bedingungen.
F: Welche Maßnahmen ergreift die Software zur Aufrechterhaltung der Abstimmungs- und Simulationsgenauigkeit?
Gunness: Seismische Labortests beginnen mit einem Modell des Systems, das als Frequenzgangfunktion (Frequency Response Function bzw. FRF) bezeichnet wird. Um die Beschädigung des Prüfkörpers zu minimieren, wird diese FRF mit einem sehr niedrigen Amplitudenpegel gemessen. Manchmal kann eine geringe Amplitude jedoch zu Modellierungsfehlern führen.
Die STEX Pro-Software beinhaltet ausgefeilte Werkzeuge zur Beurteilung der Qualität der FRF mit Hilfe von Kohärenz- und Signal-zu-Rausch-Tests und bietet gleichzeitig eine Anleitung für das nutzbare Simulationskontrollband. Die FRF wird invertiert und in Kombination mit den gewünschten Daten verwendet, um iterativ Zielpegel-Antriebsdateien zu erzeugen. Bei jedem Iterationsschritt kann die sogenannte Turbo Adaptive Inverse eingesetzt werden, um die inverse FRF zu verbessern. Dies erhöht die Simulationsgenauigkeit für nichtlineare Systeme.
F: Wie unterscheidet sich die STEX Pro-Software von anderen Steuerungs- und Befehlskompensationstechniken?
Gunness: Die seismischen Steuersysteme von MTS nutzen eine Vielzahl von fortschrittlichen Echtzeit-Steuerungstechniken zur Optimierung der Systemleistung. Dazu gehören feste Regeltechniken wie die Drei-Variablen-Regelung, der Kraftausgleich und die Kreuzkopplungskompensation sowie Befehlskompensationstechniken wie Oberwellenauslöschung, Amplituden-Phasenregelung und adaptive inverse Regelung.
Diese und andere Techniken sind in den Werkzeugkasten der seismischen Steuerung integriert. Sie werden verwendet, um die zuvor beschriebenen Herausforderungen bei der Steuerung des seismischen Systems zu überwinden und gleichzeitig die Genauigkeit des Gesamtsystems zu verbessern. Die STEX Pro-Software ersetzt nicht die Steuerfunktionen, sondern wird über die Steuerungen gelegt. Ebenso wie die Befehlskompensatoren trägt auch die Software zur Verbesserung der Systemtreue und -genauigkeit bei, aber sie leistet weit mehr in einem einzigen, integrierten Paket. Sie ersetzt die in der Steuerung befindlichen Befehlskompensatoren und funktioniert auch viel besser bei Systemen mit großer Anzahl Kreuzkopplungen und/oder Mehrtischszenarien.
F. Wie können seismische Testlabore von einer Partnerschaft mit MTS profitieren?
Gunness: Bei einer Partnerschaft mit uns geht es um mehr als nur um erstklassige Software, Steuerungen und Testgeräte. Prüflabore, die mit MTS arbeiten, haben Zugang zu jahrzehntelanger praktischer Erfahrung und bewährten Best Practices. Da die STEX Pro-Software auf der RPC-Technologie basiert, bieten wir eine umfassenden lokalen Support und Know-How rund um die Testmethodik auf der ganzen Welt. Dieses Fachwissen wird direkt eingesetzt, um unseren Kunden zu helfen, die Genauigkeit und Effizienz ihres Prüfprogramms zu optimieren, um sowohl ihre aktuellen als auch ihre langfristigen Anforderungen zu erfüllen.
Wir sind auch in der glücklichen Lage, eng mit einigen der fortschrittlichsten seismischen Prüfingenieure der Welt zusammenzuarbeiten, von denen viele Mehrtisch-Konfigurationen mit der STEX Pro-Software nutzen. Der direkte Input dieser Kunden ist entscheidend für unser ständiges Bestreben, nützliche neue Features und Funktionen zukünftigen Versionen hinzuzufügen.
Es ist diese einzigartige Kombination aus Technologie und Fachwissen, die es unseren Kunden ermöglicht, mehr Daten in Informationen und mehr Informationen in Wissen umzuwandeln, wovon sie letztendlich in Form von erdbebensichereren bautechnischen und nicht bautechnischen Strukturen profitieren.
Peter Gunness: Wissenschaftler begannen Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts mit der Messung von Erdbebenbeschleunigungen und füllten die heutigen Datenbanken mit Tausenden von Bodenbewegungsaufzeichnungen. Die Erdbeben mit der stärksten Bodenbewegung, welche die meisten Schäden und Todesfälle verursachen, haben einzigartige Eigenschaften, sodass wir bei jedem größeren Erdbeben etwas Neues lernen können. Dies stellt Anforderungen an Prüfsysteme zur Simulation aller möglichen seismischen Szenarien, um die Erdbebenbereitschaft zu validieren. Da viele große Erdbeben in einzigartiger Weise Kräfte ausüben, führen sie oft zu Änderungen in den Bauvorschriften, den Normen für Qualifikationstests und den Anforderungen an seismische Prüfgeräte.
Jeder möchte Prüfkörper so nah wie möglich am Originalmaßstab testen, da dies die genauesten und reinsten Simulationen des realen Prüfkörperverhaltens liefert. Da bei seismischen Strukturtests jedoch Gebäude, Brückensegmente und andere extrem große und schwere Testobjekte verwendet werden, wird der Energie- und Platzbedarf für Tests in annähernd tatsächlicher Größe zu kostspielig. Die Labore müssen mit einem maßstabsgetreuen Modell der Realität arbeiten, was zu Ungenauigkeiten führt, die beim Testen berücksichtigt werden müssen.
Die meisten Erdbeben haben einen sehr niedrigen Frequenz- und großen Verschiebungsanteil, aber wenn maßstabsgetreue Modellprüfkörper getestet werden, erhöht die Kompression der Zeitachse den Frequenzanteil und reduziert die Verschiebung. Dies stellt eine Herausforderung für die Konstruktion und die Servosteuerung dar, da das System über einen relativ großen Frequenzbereich arbeiten muss und die Prüfkörper direkt auf dem Vibrationstisch montiert werden. Die zusätzliche Masse des Prüfkörpers beeinflusst sowohl die Tischabstimmung als auch das Ansprechverhalten.
Zusätzlich können alle Kräfte, die zu Abstimmungszwecken auf den Rütteltisch aufgebracht werden, den Prüfkörper beschädigen und sein Verhalten grundlegend verändern. Um den Prüfkörper zu schonen und die Testtreue zu gewährleisten, muss die Abstimmung mit reduzierter Amplitude erfolgen. Und während der Prüfung müssen die Resonanzen und die wechselnde Dynamik des Prüfkörpers von der Steuerung so berücksichtigt werden, dass Fehler minimiert werden und die Zeitverlauf-Darstellung exakt erreicht wird.
F: Wie hilft MTS diesen Prüflabors, diese Herausforderungen zu meistern?
Gunness: Ein erster Weg ist unser Flaggschiff, die seismische Qualifizierungs- und Simulationssoftware STEX Pro. Diese Software beinhaltet unsere erstklassige Remote-Parameter-Control-Technologie, bekannt als „RPC®“, um präzise und wiederholbare seismische Qualifikationstests und Simulationen an Baustrukturen und Unterkonstruktionen sowie an nicht-struktureller Ausrüstung zu ermöglichen.
Diese Software kombiniert fortschrittliche seismische Simulationswerkzeuge mit einer Reihe von Anwendungen zur präzisen Steuerung komplexer mechanischer Mehrkanalprüfsysteme. Ein iterativer Prozess wird eingesetzt, um Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Verschiebungen aus aufgezeichneten Zeitverläufen und Profilen, die unsere Kunden definieren, genau zu reproduzieren.
Die STEX Pro-Software ist das ideale Werkzeug für jede mehrdimensionale seismische Prüfanwendung. Sie ist vielseitig genug, um nahezu jedes seismische Ereignis an Prüfkörpern jeder Größe und an jedem Teil der Prüfkörper zu simulieren, für Konfigurationen mit einem oder mehreren Freiheitsgraden und einem oder mehreren Rütteltischen.
Für Qualifikationstests wie die Bellcore-, AC156- und IEE693-Spezifikationen bietet die STEX Pro-Software ein Menü mit Tools für das Stoßantwortspektrum (Shock Response Spectrum bzw. SRS). Prüflabore können aus den Eingaben des Beschleunigungszeitverlaufs Stoßantwortspektren erzeugen, oder eine inverse SRS-Funktion kann SRS-Daten in zufällige Zeitverlaufsausgaben umwandeln, die als gewünschte Antwort für die Simulation verwendet werden können.
F:Warum ist die STEX Pro-Software wichtig für die seismische Simulation?
Gunness: Für seismische Prüfungen ermöglicht die Software die Erfassung von tatsächlichen Erdbebenkraft- und Bewegungsdaten in der realen Welt und die präzise Replikation auf Prüfkörper im Prüflabor unter Verwendung eines oder mehrerer Rütteltische. Dadurch erhalten die Prüfingenieure einen Einblick in das Verhalten von bautechnischen und nicht bautechnischen Strukturen unter sehr realistischen seismischen Bedingungen.
F: Welche Maßnahmen ergreift die Software zur Aufrechterhaltung der Abstimmungs- und Simulationsgenauigkeit?
Gunness: Seismische Labortests beginnen mit einem Modell des Systems, das als Frequenzgangfunktion (Frequency Response Function bzw. FRF) bezeichnet wird. Um die Beschädigung des Prüfkörpers zu minimieren, wird diese FRF mit einem sehr niedrigen Amplitudenpegel gemessen. Manchmal kann eine geringe Amplitude jedoch zu Modellierungsfehlern führen.
Die STEX Pro-Software beinhaltet ausgefeilte Werkzeuge zur Beurteilung der Qualität der FRF mit Hilfe von Kohärenz- und Signal-zu-Rausch-Tests und bietet gleichzeitig eine Anleitung für das nutzbare Simulationskontrollband. Die FRF wird invertiert und in Kombination mit den gewünschten Daten verwendet, um iterativ Zielpegel-Antriebsdateien zu erzeugen. Bei jedem Iterationsschritt kann die sogenannte Turbo Adaptive Inverse eingesetzt werden, um die inverse FRF zu verbessern. Dies erhöht die Simulationsgenauigkeit für nichtlineare Systeme.
F: Wie unterscheidet sich die STEX Pro-Software von anderen Steuerungs- und Befehlskompensationstechniken?
Gunness: Die seismischen Steuersysteme von MTS nutzen eine Vielzahl von fortschrittlichen Echtzeit-Steuerungstechniken zur Optimierung der Systemleistung. Dazu gehören feste Regeltechniken wie die Drei-Variablen-Regelung, der Kraftausgleich und die Kreuzkopplungskompensation sowie Befehlskompensationstechniken wie Oberwellenauslöschung, Amplituden-Phasenregelung und adaptive inverse Regelung.
Diese und andere Techniken sind in den Werkzeugkasten der seismischen Steuerung integriert. Sie werden verwendet, um die zuvor beschriebenen Herausforderungen bei der Steuerung des seismischen Systems zu überwinden und gleichzeitig die Genauigkeit des Gesamtsystems zu verbessern. Die STEX Pro-Software ersetzt nicht die Steuerfunktionen, sondern wird über die Steuerungen gelegt. Ebenso wie die Befehlskompensatoren trägt auch die Software zur Verbesserung der Systemtreue und -genauigkeit bei, aber sie leistet weit mehr in einem einzigen, integrierten Paket. Sie ersetzt die in der Steuerung befindlichen Befehlskompensatoren und funktioniert auch viel besser bei Systemen mit großer Anzahl Kreuzkopplungen und/oder Mehrtischszenarien.
F. Wie können seismische Testlabore von einer Partnerschaft mit MTS profitieren?
Gunness: Bei einer Partnerschaft mit uns geht es um mehr als nur um erstklassige Software, Steuerungen und Testgeräte. Prüflabore, die mit MTS arbeiten, haben Zugang zu jahrzehntelanger praktischer Erfahrung und bewährten Best Practices. Da die STEX Pro-Software auf der RPC-Technologie basiert, bieten wir eine umfassenden lokalen Support und Know-How rund um die Testmethodik auf der ganzen Welt. Dieses Fachwissen wird direkt eingesetzt, um unseren Kunden zu helfen, die Genauigkeit und Effizienz ihres Prüfprogramms zu optimieren, um sowohl ihre aktuellen als auch ihre langfristigen Anforderungen zu erfüllen.
Wir sind auch in der glücklichen Lage, eng mit einigen der fortschrittlichsten seismischen Prüfingenieure der Welt zusammenzuarbeiten, von denen viele Mehrtisch-Konfigurationen mit der STEX Pro-Software nutzen. Der direkte Input dieser Kunden ist entscheidend für unser ständiges Bestreben, nützliche neue Features und Funktionen zukünftigen Versionen hinzuzufügen.
Es ist diese einzigartige Kombination aus Technologie und Fachwissen, die es unseren Kunden ermöglicht, mehr Daten in Informationen und mehr Informationen in Wissen umzuwandeln, wovon sie letztendlich in Form von erdbebensichereren bautechnischen und nicht bautechnischen Strukturen profitieren.
