Le Réseau de simulation sismique industrielle (NEES) George E. Brown, Jr., est une ressource nationale de simulation sismique en réseau qui dessert un réseau géographiquement réparti de sites de recherche expérimentale, y compris l’Université du Colorado (CU) à Boulder. Le NEES s’efforce d’accélérer la science de l’ingénierie sismique, dans le but ultime d’optimiser les performances des systèmes d’infrastructure civile et mécanique.
DÉFI DU CLIENT
Historiquement, les ingénieurs sismiques ont été obligés de choisir entre deux méthodes pour évaluer les performances d’un système structurel sous des charges sismiques :
1. L’emploi d’un grand simulateur sismique, ou d’une table de tangage, pour secouer physiquement la
structure entière
2. Test pseudodynamique, qui utilise plusieurs vérins pour appliquer la force et le mouvement
à des parties spécifiques d’une structure
L’utilisation d’un simulateur sismique fournit un taux de réponse réaliste pour évaluer la dynamique des vibrations Cependant, de nombreux laboratoires de test considèrent que le montage d’une structure complète sur une table de tangage est prohibitif, en raison du temps et des dépenses importants requis pour la configuration. De plus, les structures qui peuvent être testées sont limitées par la taille et les capacités de charge utile de l’équipement de test.
Les tests pseudodynamiques, d’un autre côté, coûtent moins cher et permettent de tester des structures beaucoup plus grandes qu’un simulateur sismique, mais ils appliquent des forces et des mouvements à un taux plus lent que ce qui serait observé lors d’un séisme réel. En fait, le taux de chargement est souvent 100 fois plus lent que le taux de réponse réel de la structure à un séisme. Par conséquent, alors que les tests pseudodynamiques sont un bon outil pour mesurer la résistance et la rigidité structurelles, ils ne peuvent pas évaluer suffisamment les propriétés dynamiques, essentielles pour évaluer la performance sismique d’une structure. À ce jour, la plupart des systèmes de simulation hybrides ont été basés sur des tests pseudodynamiques.
SOLUTIONS MTS
Le NEES à CU-Boulder a collaboré étroitement avec MTS pour développer un système de pointe FHT (Fast Hybrid Testing), conçu pour tester physiquement une sous-structure, tandis que les modèles informatiques simulent numériquement l’influence physique de la structure entourant la sous-structure. Cette technologie de simulation hybride en temps réel combine les avantages des essais virtuels et physiques pour offrir une vitesse, une précision et une rentabilité sans précédent.
Les essais modélisés et physiques sont étroitement couplés et fonctionnent à 1 024 Hz, ce qui permet une évaluation précise de la dynamique des vibrations en plus des essais de résistance et de rigidité. Les sujets typiques destinés au FHT incluent des structures telles que des murs de cisaillement et des colonnes de pont, et des composants tels que des systèmes d’isolation de base et des dispositifs d’atténuation de réponse.
Composé entièrement de matériel et de logiciels MTS, le système FHT comprend trois vérins haute vitesse et haute capacité pilotés par un contrôleur MTS relié, via une interface haute vitesse, à une application de simulation informatique en temps réel. Le système offre également un accès en ligne à une gamme d’outils de gestion et de partage de données, permettant aux ingénieurs sismiques de CU-Boulder de collaborer avec des chercheurs sur des sites éloignés du NEES.
MTS a également aidé le NEES à développer les algorithmes nécessaires pour prendre en charge la simulation hybride en temps réel. « Les vérins ne peuvent pas atteindre ce taux de réponse rapide par eux-mêmes », explique Tom Bowen, responsable du site du NEES. « Au contraire, il faut leur dire quoi faire, et MTS a joué un rôle déterminant dans le développement des capacités de calcul nécessaires pour conduire à une telle vitesse. »
« La simulation hybride en temps réel ou rapide est rendue possible par les capacités de traitement informatique rapides d’aujourd’hui, qui peuvent appliquer les algorithmes avancés nécessaires pour réconcilier les données de test physique et de modélisation virtuelle en une seule simulation », poursuit-il. « Mais le plus important c’est que ce test se produit à une vitesse approchant la réponse en temps réel d’une structure sous des charges sismiques réelles. Cela signifie que vous obtenez la rentabilité des tests pseudodynamiques, ainsi qu’un taux de réponse très réaliste qui ne pouvait auparavant être atteint qu’à l’aide d’une table de tangage. »
AVANTAGES CLIENTS
Selon M. Bowen, le NEES a choisi d’utiliser le matériel, les logiciels et l’assistance consultative de MTS pour le projet, en raison du leadership en matière de tests sismiques, de l’étendue de son offre de produits et de la réputation de son service après-vente.
« Nous nous sommes demandé ce qui serait le meilleur en matière d’équipement et d’expertise pour créer un système hybride en temps réel, et MTS a atteint le sommet à plusieurs reprises », dit-il. « La proposition de MTS était un peu plus élevée que les autres, mais nous avons choisi de travailler avec eux parce que la valeur fournie par leur solution allait bien au-delà des autres. C’est un fabuleux témoignage venant d’une université qui est principalement conduite par le budget. »
Essais sismiques améliorés pour les laboratoires à travers les États-Unis
Les chercheurs de tout le pays ont accès à la solution FHT de CU-Boulder via le réseau du NEES. Les essais peuvent être exécutés soit sur site de Boulder, soit distribués à distance via Internet. Le système FHT améliore considérablement les essais sismiques en mettant les charges élevées et les taux de réponse en temps réel d’un séisme réel à la disposition d’une communauté plus large de laboratoires de test. Le système est une alternative rentable à la table de tangage, technologiquement supérieure aux tests pseudodynamiques traditionnels, et il permet une meilleure compréhension des systèmes couplés complexes.
Les modèles virtuels créés avec le système FHT font également gagner un temps précieux aux ingénieurs lorsqu’ils effectuent leurs propres tests sur les sous-structures et les composants.
« En plus de fournir des données de test plus robustes », indique M. Bowen, « le système FHT permet aux ingénieurs sismiques de passer plus de temps à faire des recherches et moins de temps à se soucier de la manière de soutenir leurs initiatives de test. Il permet l’échange ouvert d’informations dans l’ensemble de la communauté. Nous puisons tous dans un niveau collectif d’expertise qui n’est disponible dans aucun laboratoire d’essai, et l’ensemble de l’industrie en profite.
M. Bowen ajoute qu’un ingrédient clé du succès du programme FHT est leur partenariat avec MTS. « Je sais que ce terme est galvaudé, mais MTS était un partenaire pour nous dans le vrai sens du terme », a-t-il déclaré. « Il n’y a pas eu de limites à l’expertise et au soutien fournis par MTS. »
