MTS y la Universidad de Minnesota colaboran para demostrar la eficacia del Control en Cascada, un método innovador de control en malha cerrada diseñado para realizar experimentos de simulación híbrida de alta fidelidad utilizando especímenes de prueba de subestructura muy rígidos.
El Control en Cascada combina dos capas de control en malha cerrada para superar las dificultades encontradas al imponer comandos de desplazamiento provenientes de modelos de análisis en especímenes físicos de prueba altamente rígidos durante experimentos de simulación híbrida. Para evaluar la efectividad del nuevo método, los ingenieros de MTS (Shawn You, Shawn Gao y Brad Thoen) colaboraron con los investigadores del Laboratorio MAST de la Universidad de Minnesota (Catherine French, Evan Cosgriff y Paul Bergson) en una serie de experimentos que emplearon una variedad de especímenes de prueba, sistemas de prueba, tipos de elementos experimentales y velocidades de prueba.
El Control en Cascada presenta un bucle externo que acepta comandos de desplazamiento del modelo FEA, y un bucle interno que proporciona el control de fuerza necesario para excitar con precisión los especímenes de prueba que exhiben poco o ningún desplazamiento. Se realizaron tres casos de prueba, cada uno comparando una simulación FEA con simulaciones híbridas utilizando control en cascada y control de desplazamiento, en los marcos de carga MTS Landmark y el sistema de Prueba de Subconjunto Multi-Axial (MAST) de la Universidad de Minnesota. En todos los casos, el control en cascada demostró ser eficaz para la simulación híbrida con especímenes rígidos.
El Control en Cascada presenta un bucle externo que acepta comandos de desplazamiento del modelo FEA, y un bucle interno que proporciona el control de fuerza necesario para excitar con precisión los especímenes de prueba que exhiben poco o ningún desplazamiento. Se realizaron tres casos de prueba, cada uno comparando una simulación FEA con simulaciones híbridas utilizando control en cascada y control de desplazamiento, en los marcos de carga MTS Landmark y el sistema de Prueba de Subconjunto Multi-Axial (MAST) de la Universidad de Minnesota. En todos los casos, el control en cascada demostró ser eficaz para la simulación híbrida con especímenes rígidos.
Caso de Prueba 1: Los datos del terremoto de El Centro de 1940 fueron aplicados a un modelo de FEA de una estructura de marco de un solo piso y un vano en 3D, y a un marco de carga MTS Landmark probando una columna de aluminio con rigidez axial de 110 kN/mm. Se logró una buena correlación entre las simulaciones de FEA y las híbridas; sin embargo, la fuerza vertical medida usando el control en cascada fue más suave que la obtenida con el control de desplazamiento.
Caso de Prueba 2: Los datos del terremoto de El Centro de 1940 fueron aplicados a un modelo de FEA de una estructura de marco de un solo piso y un vano en 2D, y a un marco de carga MTS Landmark probando una cercha de acero con rigidez axial de 120 kN/mm. Se logró una buena correlación entre las simulaciones de FEA y las híbridas; sin embargo, con baja excitación, la fuerza axial medida con control de desplazamiento mostró niveles más altos de distorsión de onda.
Caso de Prueba 3: Los datos del terremoto de Northridge de 1994 fueron aplicados a un modelo de FEA de una estructura de marco tridimensional de tres pisos y múltiples vanos, y a un sistema MAST de 6DOF probando una columna de acero con rigidez vertical de 418 kN/mm. Se logró una buena correlación entre las simulaciones de FEA y las híbridas, aunque se sospecha que el control en cascada proporcionaría resultados más precisos en sistemas de prueba con mayor nivel de ruido que el MAST de la Universidad de Minnesota, que tiene fricción extremadamente baja.
