Q: 지진 테스트를 위해 쉐이크 테이블을 사용하면서 어떤 경향을 발견했습니까?
Brad Thoen: 쉐이크 테이블의 이면에 있는 아이디어는 지면 움직임을 충실하게 재현하는 것입니다. 이러한 움직임은 실제 지진 상황에서 구조물이 겪는 움직입니다. 연구원은 이 테이블에서 구조물을 테스트함으로써 내진성을 강화하는 데 필요한 통찰력을 얻습니다.
최근 연구자들은 가장 의미 있는 지진 재현을 생성하기 위해 테이블에 가능한 한 실물 크기에 가까운 시편을 놓으려고 노력하고 있습니다. 그 이유는 물리적인 구조물을 축소할 때마다 모든 것이 선형적으로 확장되는 것은 아니기 때문입니다. 실제로는 구조물의 다양한 구성요소가 다르게 확장됩니다. 따라서 소규모 시편에서 얻은 결과가 실물 규모 구조물과 어떻게 관련되는지 외삽하려면 많은 엔지니어링 판단이 필요합니다.
예를 들어 1995년 고베 지진으로 내진성이 인정된 많은 건물이 무너졌습니다. 후속 조사 결과 당시 표준이 소규모 테스트 모델을 사용하는 테스트에서 파생된 데이터에 의존했기 때문일 수 있음을 시사했습니다. 이것은 일본의 구조물 엔지니어가 스케일링 판단을 피하고 싶어 실물 크기 시편을 테스트할 수 있는 대규모 NIED E-Defense 테이블을 구축한 이유입니다.
Q: 쉐이크 테이블에서 이렇게 큰 물리적 시편을 사용하면 어떤 운영 문제를 야기합니까?
Thoen: 예, 쉐이크 테이블에 대규모 토목 구조물 시편을 사용하면 상당한 제어 문제가 발생합니다.
이러한 시편은 매우 무겁고 약간 감쇠됩니다. 무거운 시편이 움직이기 시작하면 계속 움직이며 테이블의 반응에 상당한 영향을 미치고 상호작용합니다. 이것이 제어 문제의 근원입니다. 테이블에 어떤 방향으로 가라고 명령하더라도 시편은 거의 동일한 힘으로 테이블을 반대 방향으로 밉니다.
또한 이러한 시편은 매우 낮은 고유 주파수를 갖는 경향이 있으며 높이가 종종 매우 높습니다. 그러한 시편의 바닥을 여기하면 전복되기 쉬우며 (전복하는 순간) 피치와 롤링이 발생합니다.
따라서 두 가지 일이 일어납니다. 시편은 원하는 직선 운동에 저항하고 원하지 않는 피칭 및 롤링 운동이 생깁니다. 이러면 테스트 결과가 유효하지 않습니다.
Q: 이러한 큰 시편 문제를 극복하는 데 사용할 수 있는 도구나 기술이 있습니까?
Thoen: 예, 현재 기존의 '반복' 방법 뿐만 아니라 새로 개발된 MTS의 '시편 역학 보정(SDC) 방법이 있습니다."
반복 방법은 한동안 전반적으로 사용되어 왔습니다. 낮은 수준에서 테스트를 실행하고 (시편 손상을 방지하기 위해) 응답을 측정하여 부적절한 위치를 확인한 다음 드라이브 신호를 수정하고 테스트를 다시 실행하여 두 번째 테스트에서 더 나은 응답을 얻을 수 있는 학습 알고리즘을 사용합니다. 측정된 응답이 연구자들이 재현하려는 지진 파형에 충분히 가까울 때까지 이 과정을 반복해서 수행합니다. 실제 전체 진폭 내진 테스트에 사용되는 것이 이 최종 파형입니다.
반복을 실행하는 방법에는 다양한 레시피가 있습니다. 모든 연구자들은 얼마나 많은 반복이 실행되어야 하는지, 어떤 수준까지 끌어올려야 하는지에 대한 자신의 생각을 가지고 있는 것 같습니다. 이는 예술입니다. 이것은 확실히 학교에서 배우지 않는 실험실 기술에 관한 것입니다.
그러나 반복 방법에는 근본적인 결함이 있습니다. 우선 토목 구조물 시편은 종종 매우 비선형이고 깨지기 쉽습니다. 깨지기 쉽기 때문에 반복할 때 낮은 진폭에서 여기해야 합니다. 그러나 실제 전체 진폭 테스트를 실행하면 시편이 항복하기 시작하여 반복 중에 유효한 탄성 영역에서 비선형 플라스틱 영역으로 전환됩니다.
따라서 시편이 플라스틱화되고 항복함에 따라 모든 역학이 영구적으로 변경됩니다. 반복을 통해 계산한 동작은 시편이 탄성인 경우에는 적합하지만 플라스틱인 경우에는 전혀 적합하지 않습니다.
Q: 시편 역학 보정은 무엇입니까?
Thoen: SDC는 쉐이크 테이블의 실시간 운동 역학에서 비선형 시변 시편의 공진 영향을 효과적으로 제거하여 기존 반복 기술보다 더 안전하고, 충실하고, 효과적인 대안을 제공하는 피드백 보정기입니다.
SDC는 기존 테이블 센서를 사용하여 전체 진폭 테스트 중에 시편이 테이블을 얼마나 뒤로 밀었는지 실시간으로 확인합니다. 그런 다음 액추에이터가 동적 시편의 상쇄력을 상쇄하는 데 필요한 추가 힘을 정확하게 생성하도록 추가 서보 밸브 흐름이 얼마나 필요한지 결정합니다.
SDC에서 사용하는 피드백 신호가 시편과 독립적으로 파생된다는 사실은 엄청난 이점입니다. 시편을 모델링하지 않기 때문에 시간에 따라 변하며 선형이 아닐 수 있습니다. 어떤 물리적 프로세스가 테이블을 밀어내는 힘을 발생시키든 SDC에 아무런 차이가 없습니다. 그저 감지하고 취소하면 됩니다.
Q: 기존 반복 기술과 SDC를 비교하면 어떻습니까?
Thoen: 우선 SDC는 반복 기술보다 지속적으로 더 높은 테스트 충실도를 제공합니다. 전 두 가지 전형적인 토목 시편을 사용한 실험을 통해 이를 증명했습니다. 이들 시편은 철근 콘크리트 보와 납 고무 베어링입니다. 둘 다 매우 비선형적이며 토목 구조물에서 볼 수 있는 전형적인 구성요소입니다. 먼저 리노 네바다 주립대학의 Patrick Laplace가 개발한 레시피를 사용하여 일반적인 반복 체제를 실행했습니다. 그런 다음 전 단순히 SDC를 적용했습니다. 고객이 하는 것처럼 아무런 준비 없이 100%로 실행했습니다. 두 번의 지진에 대한 두 시편의 오류를 측정한 다음 오류가 가장 낮은 순으로 순위를 매겼습니다. 전 어떤 경우에서든 SDC가 가장 낮은 오류를 발생시킨다는 것을 알았습니다. 경우에 따라 반복은 상당히 낮은 오류(다른 경우에는 엄청나게 높은 오류)를 기록했지만 여전히 SDC보다 높은 오류를 기록했습니다.
시간 및 비용 효율성 측면에서 SDC는 의심할 여지 없이 반복 방법보다 우수합니다. SDC 프로세스는 간단합니다. 시편을 장착하고 버튼을 누르기만 하면 됩니다. 반대로 시스템의 주파수 응답을 식별하고 여러 반복을 실행하려면 상당한 시간과 리소스가 필요하며 프로세스의 상대적인 특성으로 인해 오류를 만들 충분한 기회가 제공됩니다. 시간 절약에 관한 한 비교할 대상이 업습니다.
SDC의 또 다른 주요 이점은 간단하고 간소화된 튜닝입니다. SDC를 사용하여 테이블을 조정하면 기본적으로 테이블을 베어 테이블로 설정할 수 있으며 어떤 시편을 장착하든 동일한 동작 응답을 얻을 수 있습니다. 시편이 필요하지 않으므로 아름다운 주파수 응답(모든 주파수에서 조화되는)을 얻기 위해 원하는 만큼 시간을 소비할 수 있으며 완료되면 바로 끝입니다. 원하는 시편을 테이블에 올려 놓으면 SDC는 이를 원래 상태로 되돌립니다.
Q: SDC 기술은 언제 누가 어떻게 개발했습니까?
Thoen: 기본적인 아이디어의 창시자 및 특허 보유자는 수십 년 동안 MTS에서 근무하다 불과 몇 년 전에 은퇴한 Al Clark입니다. 1990년에 새로운 전자 장치, 유압 장치 및 제어 알고리즘을 특징으로 하는 혁신적인 쉐이크 테이블 디자인에서 이 기술을 시도했습니다. 안타깝게도 전체 프로젝트의 복잡성(그리고 디지털로 감독되는 아날로그 컨트롤을 사용하고 있다는 사실) 때문에 새로운 기술을 사용할 수 없었고 그 당시에는 어떻게 할 수 없었습니다. 한동안 그러한 시도는 시들시들했습니다. 전 8년 전쯤에 Al과 이야기를 나눈 후 다시 한번 시도해 보겠다고 결심했습니다. 전 그가 한 일을 살펴보고 기본 개념이 매우 타당하다는 결론을 내린 후 몇 가지 중요한 개선 작업에 착수했습니다. 훨씬 빠른 프로세서를 사용하고 개선 작업에 성공한 덕분에 마침내 그 개념을 증명하고 기술을 되살릴 수 있었습니다.
Q: SDC의 효과를 입증하는 과정을 설명해주십시오.
Thoen: 저희는 SDC의 유용성과 효율성을 증명하기 위해 실제 장비에 세 개의 현장 테스트를 수행했습니다. 첫 번째 현장 테스트는 2011년 리노의 네바다 주립대학에서 2축 쉐이크 테이블에서 수행했습니다. 성공 확률을 합리적인 수준으로 높이기 위해 이 시스템에서 1축 및 2축 SDC를 실행했습니다. 2013년에 수행했던 두 번째 현장 테스트도 6DOF 쉐이크 테이블을 사용하여 리노에서 이루어졌습니다. 이 테스트는 자유롭게 회전할 수 있는 시스템에서 SDC를 사용할 때 어떤 일이 발생하는지 조사하기위한 것이었습니다. 이 테스트도 성공을 거두었습니다. 세 번째 현장 테스트는 2016년 1월 SUNY Buffalo에서 실시되었습니다. 여기에서 저희는 연구를 마무리하기 위해 다른 쉐이크 테이블에서 SDC를 시도해보고 싶었습니다. 시스템을 더 많이 사용할수록 더 많은 것을 배울 수 있습니다. 궁극적으로 저희는 다른 점을 발견하지 못했으며 SDC 역시 같은 결과를 보여주었습니다. Buffalo에서 거둔 한 가지 수확은 간소화된 SDC 사용자 인터페이스의 개발이었습니다. 이제 저희는 일상적인 고객을 위한 전문가 사용자 인터페이스와 단순화된 사용자 인터페이스를 갖추게 되었습니다.
Q: 연구원은 언제 어떻게 SDC 기능에 액세스할 수 있습니까?
Thoen: SDC는 이제 MTS의 표준 쉐이크 테이블 제어 소프트웨어 패키지인 469D 지진 테이블 제어 소프트웨어의 기능입니다.
SDC를 시스템 업그레이드 패키지의 일부로 기존 지진 컨트롤러에 통합하는 방법도 개발했습니다. 이 업그레이드 패키지에는 시스템 재조정뿐만 아니라 시스템 전자 장치 및 유압 장치의 상태 점검 옵션도 포함됩니다. 물론 SDC 교육도 업그레이드의 구성요소입니다. 고객은 최적의 결과를 얻기 위해 질량이 큰 캔틸레버 보와 같은 테스트 시편을 제공해야 합니다.
Brad Thoen: 쉐이크 테이블의 이면에 있는 아이디어는 지면 움직임을 충실하게 재현하는 것입니다. 이러한 움직임은 실제 지진 상황에서 구조물이 겪는 움직입니다. 연구원은 이 테이블에서 구조물을 테스트함으로써 내진성을 강화하는 데 필요한 통찰력을 얻습니다.
최근 연구자들은 가장 의미 있는 지진 재현을 생성하기 위해 테이블에 가능한 한 실물 크기에 가까운 시편을 놓으려고 노력하고 있습니다. 그 이유는 물리적인 구조물을 축소할 때마다 모든 것이 선형적으로 확장되는 것은 아니기 때문입니다. 실제로는 구조물의 다양한 구성요소가 다르게 확장됩니다. 따라서 소규모 시편에서 얻은 결과가 실물 규모 구조물과 어떻게 관련되는지 외삽하려면 많은 엔지니어링 판단이 필요합니다.
예를 들어 1995년 고베 지진으로 내진성이 인정된 많은 건물이 무너졌습니다. 후속 조사 결과 당시 표준이 소규모 테스트 모델을 사용하는 테스트에서 파생된 데이터에 의존했기 때문일 수 있음을 시사했습니다. 이것은 일본의 구조물 엔지니어가 스케일링 판단을 피하고 싶어 실물 크기 시편을 테스트할 수 있는 대규모 NIED E-Defense 테이블을 구축한 이유입니다.
Q: 쉐이크 테이블에서 이렇게 큰 물리적 시편을 사용하면 어떤 운영 문제를 야기합니까?
Thoen: 예, 쉐이크 테이블에 대규모 토목 구조물 시편을 사용하면 상당한 제어 문제가 발생합니다.
이러한 시편은 매우 무겁고 약간 감쇠됩니다. 무거운 시편이 움직이기 시작하면 계속 움직이며 테이블의 반응에 상당한 영향을 미치고 상호작용합니다. 이것이 제어 문제의 근원입니다. 테이블에 어떤 방향으로 가라고 명령하더라도 시편은 거의 동일한 힘으로 테이블을 반대 방향으로 밉니다.
또한 이러한 시편은 매우 낮은 고유 주파수를 갖는 경향이 있으며 높이가 종종 매우 높습니다. 그러한 시편의 바닥을 여기하면 전복되기 쉬우며 (전복하는 순간) 피치와 롤링이 발생합니다.
따라서 두 가지 일이 일어납니다. 시편은 원하는 직선 운동에 저항하고 원하지 않는 피칭 및 롤링 운동이 생깁니다. 이러면 테스트 결과가 유효하지 않습니다.
Q: 이러한 큰 시편 문제를 극복하는 데 사용할 수 있는 도구나 기술이 있습니까?
Thoen: 예, 현재 기존의 '반복' 방법 뿐만 아니라 새로 개발된 MTS의 '시편 역학 보정(SDC) 방법이 있습니다."
반복 방법은 한동안 전반적으로 사용되어 왔습니다. 낮은 수준에서 테스트를 실행하고 (시편 손상을 방지하기 위해) 응답을 측정하여 부적절한 위치를 확인한 다음 드라이브 신호를 수정하고 테스트를 다시 실행하여 두 번째 테스트에서 더 나은 응답을 얻을 수 있는 학습 알고리즘을 사용합니다. 측정된 응답이 연구자들이 재현하려는 지진 파형에 충분히 가까울 때까지 이 과정을 반복해서 수행합니다. 실제 전체 진폭 내진 테스트에 사용되는 것이 이 최종 파형입니다.
반복을 실행하는 방법에는 다양한 레시피가 있습니다. 모든 연구자들은 얼마나 많은 반복이 실행되어야 하는지, 어떤 수준까지 끌어올려야 하는지에 대한 자신의 생각을 가지고 있는 것 같습니다. 이는 예술입니다. 이것은 확실히 학교에서 배우지 않는 실험실 기술에 관한 것입니다.
그러나 반복 방법에는 근본적인 결함이 있습니다. 우선 토목 구조물 시편은 종종 매우 비선형이고 깨지기 쉽습니다. 깨지기 쉽기 때문에 반복할 때 낮은 진폭에서 여기해야 합니다. 그러나 실제 전체 진폭 테스트를 실행하면 시편이 항복하기 시작하여 반복 중에 유효한 탄성 영역에서 비선형 플라스틱 영역으로 전환됩니다.
따라서 시편이 플라스틱화되고 항복함에 따라 모든 역학이 영구적으로 변경됩니다. 반복을 통해 계산한 동작은 시편이 탄성인 경우에는 적합하지만 플라스틱인 경우에는 전혀 적합하지 않습니다.
Q: 시편 역학 보정은 무엇입니까?
Thoen: SDC는 쉐이크 테이블의 실시간 운동 역학에서 비선형 시변 시편의 공진 영향을 효과적으로 제거하여 기존 반복 기술보다 더 안전하고, 충실하고, 효과적인 대안을 제공하는 피드백 보정기입니다.
SDC는 기존 테이블 센서를 사용하여 전체 진폭 테스트 중에 시편이 테이블을 얼마나 뒤로 밀었는지 실시간으로 확인합니다. 그런 다음 액추에이터가 동적 시편의 상쇄력을 상쇄하는 데 필요한 추가 힘을 정확하게 생성하도록 추가 서보 밸브 흐름이 얼마나 필요한지 결정합니다.
SDC에서 사용하는 피드백 신호가 시편과 독립적으로 파생된다는 사실은 엄청난 이점입니다. 시편을 모델링하지 않기 때문에 시간에 따라 변하며 선형이 아닐 수 있습니다. 어떤 물리적 프로세스가 테이블을 밀어내는 힘을 발생시키든 SDC에 아무런 차이가 없습니다. 그저 감지하고 취소하면 됩니다.
Q: 기존 반복 기술과 SDC를 비교하면 어떻습니까?
Thoen: 우선 SDC는 반복 기술보다 지속적으로 더 높은 테스트 충실도를 제공합니다. 전 두 가지 전형적인 토목 시편을 사용한 실험을 통해 이를 증명했습니다. 이들 시편은 철근 콘크리트 보와 납 고무 베어링입니다. 둘 다 매우 비선형적이며 토목 구조물에서 볼 수 있는 전형적인 구성요소입니다. 먼저 리노 네바다 주립대학의 Patrick Laplace가 개발한 레시피를 사용하여 일반적인 반복 체제를 실행했습니다. 그런 다음 전 단순히 SDC를 적용했습니다. 고객이 하는 것처럼 아무런 준비 없이 100%로 실행했습니다. 두 번의 지진에 대한 두 시편의 오류를 측정한 다음 오류가 가장 낮은 순으로 순위를 매겼습니다. 전 어떤 경우에서든 SDC가 가장 낮은 오류를 발생시킨다는 것을 알았습니다. 경우에 따라 반복은 상당히 낮은 오류(다른 경우에는 엄청나게 높은 오류)를 기록했지만 여전히 SDC보다 높은 오류를 기록했습니다.
시간 및 비용 효율성 측면에서 SDC는 의심할 여지 없이 반복 방법보다 우수합니다. SDC 프로세스는 간단합니다. 시편을 장착하고 버튼을 누르기만 하면 됩니다. 반대로 시스템의 주파수 응답을 식별하고 여러 반복을 실행하려면 상당한 시간과 리소스가 필요하며 프로세스의 상대적인 특성으로 인해 오류를 만들 충분한 기회가 제공됩니다. 시간 절약에 관한 한 비교할 대상이 업습니다.
SDC의 또 다른 주요 이점은 간단하고 간소화된 튜닝입니다. SDC를 사용하여 테이블을 조정하면 기본적으로 테이블을 베어 테이블로 설정할 수 있으며 어떤 시편을 장착하든 동일한 동작 응답을 얻을 수 있습니다. 시편이 필요하지 않으므로 아름다운 주파수 응답(모든 주파수에서 조화되는)을 얻기 위해 원하는 만큼 시간을 소비할 수 있으며 완료되면 바로 끝입니다. 원하는 시편을 테이블에 올려 놓으면 SDC는 이를 원래 상태로 되돌립니다.
Q: SDC 기술은 언제 누가 어떻게 개발했습니까?
Thoen: 기본적인 아이디어의 창시자 및 특허 보유자는 수십 년 동안 MTS에서 근무하다 불과 몇 년 전에 은퇴한 Al Clark입니다. 1990년에 새로운 전자 장치, 유압 장치 및 제어 알고리즘을 특징으로 하는 혁신적인 쉐이크 테이블 디자인에서 이 기술을 시도했습니다. 안타깝게도 전체 프로젝트의 복잡성(그리고 디지털로 감독되는 아날로그 컨트롤을 사용하고 있다는 사실) 때문에 새로운 기술을 사용할 수 없었고 그 당시에는 어떻게 할 수 없었습니다. 한동안 그러한 시도는 시들시들했습니다. 전 8년 전쯤에 Al과 이야기를 나눈 후 다시 한번 시도해 보겠다고 결심했습니다. 전 그가 한 일을 살펴보고 기본 개념이 매우 타당하다는 결론을 내린 후 몇 가지 중요한 개선 작업에 착수했습니다. 훨씬 빠른 프로세서를 사용하고 개선 작업에 성공한 덕분에 마침내 그 개념을 증명하고 기술을 되살릴 수 있었습니다.
Q: SDC의 효과를 입증하는 과정을 설명해주십시오.
Thoen: 저희는 SDC의 유용성과 효율성을 증명하기 위해 실제 장비에 세 개의 현장 테스트를 수행했습니다. 첫 번째 현장 테스트는 2011년 리노의 네바다 주립대학에서 2축 쉐이크 테이블에서 수행했습니다. 성공 확률을 합리적인 수준으로 높이기 위해 이 시스템에서 1축 및 2축 SDC를 실행했습니다. 2013년에 수행했던 두 번째 현장 테스트도 6DOF 쉐이크 테이블을 사용하여 리노에서 이루어졌습니다. 이 테스트는 자유롭게 회전할 수 있는 시스템에서 SDC를 사용할 때 어떤 일이 발생하는지 조사하기위한 것이었습니다. 이 테스트도 성공을 거두었습니다. 세 번째 현장 테스트는 2016년 1월 SUNY Buffalo에서 실시되었습니다. 여기에서 저희는 연구를 마무리하기 위해 다른 쉐이크 테이블에서 SDC를 시도해보고 싶었습니다. 시스템을 더 많이 사용할수록 더 많은 것을 배울 수 있습니다. 궁극적으로 저희는 다른 점을 발견하지 못했으며 SDC 역시 같은 결과를 보여주었습니다. Buffalo에서 거둔 한 가지 수확은 간소화된 SDC 사용자 인터페이스의 개발이었습니다. 이제 저희는 일상적인 고객을 위한 전문가 사용자 인터페이스와 단순화된 사용자 인터페이스를 갖추게 되었습니다.
Q: 연구원은 언제 어떻게 SDC 기능에 액세스할 수 있습니까?
Thoen: SDC는 이제 MTS의 표준 쉐이크 테이블 제어 소프트웨어 패키지인 469D 지진 테이블 제어 소프트웨어의 기능입니다.
SDC를 시스템 업그레이드 패키지의 일부로 기존 지진 컨트롤러에 통합하는 방법도 개발했습니다. 이 업그레이드 패키지에는 시스템 재조정뿐만 아니라 시스템 전자 장치 및 유압 장치의 상태 점검 옵션도 포함됩니다. 물론 SDC 교육도 업그레이드의 구성요소입니다. 고객은 최적의 결과를 얻기 위해 질량이 큰 캔틸레버 보와 같은 테스트 시편을 제공해야 합니다.
