MTS와 미네소타 대학은 매우 강성의 부분 구조 시험체를 사용한 고정밀 하이브리드 시뮬레이션 실험을 수행하기 위해 설계된 혁신적인 폐쇄 루프 제어 방법인 카스케이드 제어의 유효성을 입증하기 위해 협력합니다.
카스케이드 제어는 하이브리드 시뮬레이션 실험 중에 매우 강한 물리적 시험체에 분석 모델에서의 변위 명령을 적용할 때 발생하는 어려움을 극복하기 위해 두 층의 폐쇄 루프 제어를 결합합니다. 이 새로운 방법의 유효성을 평가하기 위해 MTS의 엔지니어들(Shawn You, Shawn Gao, Brad Thoen)은 미네소타 대학 MAST 연구소의 연구자들(Catherine French, Evan Cosgriff, Paul Bergson)과 협력하여 다양한 시험체, 시험 시스템, 실험 요소 유형 및 시험 속도를 사용한 일련의 실험을 진행했습니다.
카스케이드 제어는 FEA 모델에서 변위 명령을 수용하는 외부 루프와, 변위가 거의 또는 전혀 없는 시험체를 정확하게 자극하기 위해 필요한 힘 제어를 제공하는 내부 루프를 특징으로 합니다. 카스케이드 제어와 변위 제어를 사용한 하이브리드 시뮬레이션과 FEA 시뮬레이션을 비교한 세 가지 테스트 케이스가 MTS Landmark 로드 프레임과 미네소타 대학의 다축 부분 구조 시험(MAST) 시스템에서 수행되었습니다. 모든 경우에서, 카스케이드 제어는 강성 시험체를 사용한 하이브리드 시뮬레이션에서 효과적인 것으로 입증되었습니다.
카스케이드 제어는 FEA 모델에서 변위 명령을 수용하는 외부 루프와, 변위가 거의 또는 전혀 없는 시험체를 정확하게 자극하기 위해 필요한 힘 제어를 제공하는 내부 루프를 특징으로 합니다. 카스케이드 제어와 변위 제어를 사용한 하이브리드 시뮬레이션과 FEA 시뮬레이션을 비교한 세 가지 테스트 케이스가 MTS Landmark 로드 프레임과 미네소타 대학의 다축 부분 구조 시험(MAST) 시스템에서 수행되었습니다. 모든 경우에서, 카스케이드 제어는 강성 시험체를 사용한 하이브리드 시뮬레이션에서 효과적인 것으로 입증되었습니다.
테스트 케이스 1: 1940년 엘 센트로 지진 입력이 3D 1층, 1베이 프레임 구조의 FEA 모델과 축 방향 강성 110 kN/mm를 가진 알루미늄 기둥을 시험하는 MTS Landmark 로드 프레임에 적용되었습니다. FEA와 하이브리드 시뮬레이션 간에 좋은 상관관계가 얻어졌으나, 카스케이드 제어를 사용하여 측정한 수직 힘이 변위 제어로 얻은 것보다 더 부드러웠습니다.
테스트 케이스 2: 1940년 엘 센트로 지진 입력이 2D 1층, 1베이 프레임 구조의 FEA 모델과 축 방향 강성 120 kN/mm를 가진 스틸 트러스를 시험하는 MTS Landmark 로드 프레임에 적용되었습니다. FEA와 하이브리드 시뮬레이션 간에 좋은 상관관계가 얻어졌으나, 낮은 자극에서 변위 제어로 측정한 축 방향 힘은 더 높은 수준의 파형 왜곡을 보였습니다.
테스트 케이스 3: 1994년 노스리지 지진 입력이 3D 3층, 다베이 프레임 구조의 FEA 모델과 418 kN/mm의 수직 강성을 가진 스틸 기둥을 시험하는 6자유도 MAST 시스템에 적용되었습니다. FEA와 하이브리드 시뮬레이션 간에 좋은 상관관계가 얻어졌으나, 미네소타 대학의 매우 낮은 마찰을 가진 MAST 시스템보다 더 높은 노이즈를 가진 시험 시스템에서는 카스케이드 제어가 더 정확한 결과를 제공할 것이라고 추측됩니다.
