Il NEES "George E. Brown, Jr." è una risorsa nazionale di simulazione sismica in rete che serve una rete geograficamente distribuita di siti di ricerca sperimentale, tra cui l'Università del Colorado (CU) a Boulder. Il NEES si sforza di accelerare la scienza dell'ingegneria sismica, con l'obiettivo finale di ottimizzare le prestazioni dei sistemi di infrastrutture civili e meccaniche.
SFIDA DEL CLIENTE
Storicamente, gli ingegneri sismici sono stati costretti a scegliere tra due metodi per valutare le prestazioni di un sistema strutturale sotto carichi sismici:
1. L'impiego di un grande simulatore sismico o tavola a scuotimento, per scuotere fisicamente l'
intera struttura
2. La prova pseudodinamica, che utilizza più attuatori per applicare forza e movimento
a porzioni specifiche di una struttura
L'utilizzo di un simulatore sismico fornisce un tasso di risposta realistico per la valutazione della dinamicadelle vibrazioni. Tuttavia, molti laboratori di prova considerano proibitivi i costi di montaggio di una struttura completa su tavola vibrante, a causa del tempo e delle spese significativi richiesti per l'installazione. Inoltre , le strutture sottoponibili a prove sono limitate dalle dimensioni e dalla capacità di carico utile delle apparecchiature di prova.
La prova pseudodinamica, d'altra parte, costa meno ed è in grado di testare strutture molto più grandi di un simulatore sismico, ma applica forze e movimenti a una velocità inferiore rispetto a quella che si verificherebbe in un evento sismico effettivo. Difatti, la velocità di carico è spesso 100 volte più lenta rispetto all'effettiva velocità di risposta in tempo reale della struttura a un terremoto. Di conseguenza, mentre la prova pseudodinamica è un buono strumento per misurare la resistenza e la rigidità strutturale, non può valutare adeguatamente le proprietà dinamiche, che sono essenziali per valutare le prestazioni sismiche di una struttura. Ad oggi, la maggior parte dei sistemi di simulazione ibridi si è basata su prove pseudodinamiche.
SOLUZIONE MTS
Presso la sede della CU a Boulder, il NEES ha collaborato a stretto contatto con MTS per sviluppare un sistema FHT (Fast Hybrid Testing, prove ibride veloci) all'avanguardia, progettato per testare fisicamente una sottostruttura, mentre modelli informatici simulano digitalmente l'influenza fisica della struttura che circonda la sottostruttura. Questa tecnologia di simulazione ibrida in tempo reale combina i punti di forza di prove virtuali e fisiche per fornire una velocità, precisione ed efficienza dei costi senza precedenti.
Le prove modellate e fisiche sono strettamente accoppiate e funzionano a 1024 Hz, il che consente la valutazione precisa della dinamica delle vibrazioni, oltre alle prove di resistenza e rigidità. Sono generalmente soggette a Fast Hybrid Testing strutture quali le pareti di taglio e le colonne di ponti e componenti quali i sistemi di isolamento alla base e i dispositivi di attenuazione della risposta.
Composto interamente da hardware e software MTS, il sistema FHT dispone di tre attuatori ad alta velocità e capacità azionati da un controller MTS collegato tramite un'interfaccia ad alta velocità a un'applicazione di simulazione al computer in tempo reale. Il sistema offre anche l'accesso online a una serie di strumenti di gestione e condivisione dei dati, consentendo agli ingegneri sismici della CU di Boulder di collaborare con ricercatori pari in località NEES remote.
MTS ha anche aiutato NEES a sviluppare gli algoritmi necessari per supportare la simulazione ibrida in tempo reale. "Gli attuatori non possono raggiungere da soli questo tasso di risposta rapida", afferma il responsabile del sito NEES Tom Bowen. "Piuttosto, deve essere detto loro cosa fare, e MTS è stato determinante nello sviluppo delle capacità computazionali necessarie per avere tale velocità".
"La simulazione ibrida in tempo reale o veloce è resa possibile dalle capacità di elaborazione veloce dei computer odierne, che possono applicare gli algoritmi avanzati necessari per riconciliare i dati di prova fisici e modelli virtuali in un'unica simulazione", afferma Bowen. "Ma la cosa più significativa è che queste prove si verificano a una velocità che si avvicina alla risposta in tempo reale di una struttura sotto carichi sismici effettivi. Ciò significa che ottieni un buon rapporto costi-benefici delle prove pseudodinamiche, insieme a un tasso di risposta altamente realistico che in precedenza poteva essere ottenuto solo utilizzando una tavola vibrante.
VANTAGGI PER IL CLIENTE
Secondo Bowen, NEES ha scelto di utilizzare hardware, software e supporto consultivo MTS per il progetto per via dell' incomparabilità di MTS nel campo delle prove sismiche, della sua ampia offerta di prodotti e della reputazione della sua impareggiabile assistenza post vendita.
"Ci siamo chiesti che cosa sarebbe stato necessario in termini di apparecchiature e competenze per creare un sistema ibrido in tempo reale, e MTS era sempre in cima della lista", afferma Bowen."La proposta MTS era un po' più altarispetto ad altre, ma abbiamo scelto di lavorare con loro perché il valore fornito dalla loro soluzione si estendeva ben sopra le altre. Questa è un'eccellente testimonianza proveniente da un'università statale che è principalmente guidata dal budget."
Prove sismiche avanzate per i laboratori negli Stati Uniti
I ricercatori di tutto il paese hanno accesso alla soluzione CU-Boulder FHT attraverso la rete NEES. Le prove possono essere eseguite in loco a Boulder o distribuite in remoto tramite Internet. Il sistema FHT migliora significativamente le prove sismiche rendendo disponibili i carichi elevati e i tassi di risposta in tempo reale di un evento sismico effettivo a una comunità più ampia di laboratori di prova. Il sistema è un'alternativa conveniente a una tavola vibrante, è tecnologicamente superiore alle tradizionali prove pseudodinamiche e consente una migliore comprensione di sistemi accoppiati complessi.
I modelli virtuali creati con il sistema FHT consentono inoltre agli ingegneri di risparmiare tempo prezioso durante l'esecuzione delle proprie prove su sottostrutture e componenti.
"Oltre a fornire dati di prova più affidabili", afferma Bowen, "il sistema FHT consente agli ingegneri sismici di dedicare più tempo alla ricerca e meno tempo a preoccuparsi di come supportare le proprie iniziative di prova. Consente lo scambio aperto di informazioni attraverso l'intera comunità. Stiamo tutti attingendo a un livello collettivo di competenza che non è disponibile in nessun laboratorio di prova e l'intero settore ne sta traendo vantaggio".
Bowen afferma che un ingrediente chiave per il successo del programma FHT è stata la loro partnership con MTS. "So che questo termine viene abusato, ma MTS è stato un nostro partner nel vero senso della parola", dice. "Non ci sono stati limiti all'esperienza e al supporto che MTS ha fornito."
