La Red George E. Brown, Jr. para la simulación de ingeniería sísmica (NEES) es un recurso nacional de simulación sísmica en red que sirve a una red distribuida geográficamente de centros de investigación experimental, incluida la Universidad de Colorado (CU) en Boulder. NEES se esfuerza por acelerar la ciencia de la ingeniería sísmica, con el objetivo final de optimizar el rendimiento de los sistemas de infraestructura civil y mecánica.
RETO DEL CLIENTE
Históricamente, los ingenieros sísmicos se han visto obligados a elegir entre dos métodos para evaluar el rendimiento de un sistema estructural bajo cargas sísmicas:
1. Utilizar un simulador sísmico de gran tamaño o una mesa vibratoria para sacudir toda la
estructura.
2. Prueba pseudodinámica, que utiliza múltiples actuadores para aplicar fuerza y
movimiento a porciones específicas de la estructura.
El uso de un simulador sísmico proporciona una tasa de respuesta realista para evaluar la dinámica de las vibraciones . Sin embargo, muchos laboratorios de pruebas consideran que el montaje de una estructura completa en una mesa vibratoria es prohibitivo por el tiempo y los gastos que requiere. Además , las estructuras que se pueden probar están limitadas por el tamaño y la capacidad de carga de los equipos de prueba.
Las pruebas pseudodinámicas, por otro lado, cuestan menos y son capaces de probar estructuras mucho más grandes que un simulador sísmico, pero aplican fuerzas y movimientos a un ritmo más lento que el que se daría en un evento sísmico real. De hecho, la tasa de carga es a menudo 100 veces más lenta que la tasa de respuesta real en tiempo real de la estructura a un terremoto. En consecuencia, aunque las pruebas pseudodinámicas son una buena herramienta para medir la resistencia y la rigidez de las estructuras, no pueden evaluar suficientemente las propiedades dinámicas , que son esenciales para evaluar el comportamiento sísmico de una estructura. Hasta la fecha, la mayoría de los sistemas de simulación híbridos se han basado en pruebas pseudodinámicas.
SOLUCIÓN DE MTS
El NEES de CU-Boulder colaboró estrechamente con MTS para desarrollar un sistema de pruebas híbridas rápidas ( FHT) de última generación, diseñado para probar físicamente una subestructura, mientras que los modelos informáticos simulan digitalmente la influencia física de la estructura que la rodea. Esta tecnología de simulación híbrida en tiempo real combina los puntos fuertes de las pruebas virtuales y físicas para ofrecer una velocidad, precisión y rentabilidad sin precedentes.
Las pruebas modeladas y físicas están fuertemente acopladas y funcionan a 1024 Hz, lo que permite evaluar con precisión la dinámica de las vibraciones, además de las pruebas de resistencia y rigidez. Los temas típicos para las pruebas híbridas rápidas incluyen estructuras como muros de corte y columnas de puentes, y componentes como sistemas de aislamiento de base y dispositivos de mitigación de respuesta.
Compuesto en su totalidad por hardware y software MTS, el sistema FHT presenta tres actuadores de alta velocidad y alta capacidad accionados por un controlador MTS vinculado a través de una interfaz de alta velocidad a una aplicación de simulación por computadora en tiempo real. El sistema también ofrece acceso en línea a diversas herramientas para compartir y administrar datos, lo que permite a los ingenieros sísmicos de CU-Boulder colaborar con investigadores pares en ubicaciones remotas del NEES.
MTS también ayudó al NEES a desarrollar los algoritmos necesarios para admitir la simulación híbrida en tiempo real. “Los actuadores no pueden lograr esta tasa de respuesta rápida por sí mismos”, afirma el gerente del NEES, Tom Bowen. “Más bien, hay que decirles qué hacer y MTS fue fundamental en el desarrollo de las capacidades informáticas necesarias para impulsar esa velocidad”.
“La simulación híbrida rápida o en tiempo real es posible gracias a las capacidades de procesamiento informático rápido de hoy en día, que pueden aplicar los algoritmos avanzados necesarios para conciliar las pruebas físicas y los datos de modelado virtual en una sola simulación”, dijo Bowen. “Pero lo más significativo es que esta prueba se produce a un ritmo que se aproxima a la respuesta en tiempo real de una estructura bajo cargas sísmicas reales. Esto significa que se obtiene la rentabilidad de las pruebas pseudodinámicas, junto con una tasa de respuesta muy realista que antes solo se podía conseguir utilizando una mesa vibratoria”.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Según Bowen, NEES optó por utilizar hardware, software y consultoría de MTS para el proyecto, debido al liderazgo de MTS en materia de pruebas sísmicas, la amplitud de su oferta de productos y su reputación de inigualable soporte postventa.
“Nos preguntamos qué se necesitaría en cuanto a equipos y conocimientos para crear un sistema híbrido en tiempo real y MTS destacó una y otra vez”, dijo Bowen. “La propuesta de MTS era un poco más costosa que las demás, pero decidimos trabajar con ellos porque el valor aportado por su solución iba mucho más allá de las demás. Este es un testimonio excelente proveniente de una universidad estatal que se basa principalmente en el presupuesto”.
Pruebas sísmicas mejoradas para laboratorios en los EE. UU.
Los investigadores de todo el país tienen acceso a la solución FHT de CU-Boulder a través de la red NEES. Las pruebas se pueden ejecutar in situ en Boulder o distribuir de forma remota a través de Internet. El sistema FHT mejora considerablemente las pruebas sísmicos al poner a disposición de una comunidad más amplia de laboratorios de pruebas las cargas elevadas y los índices de respuesta en tiempo real de un evento sísmico real. El sistema es una alternativa rentable a una mesa vibratoria, tecnológicamente superior a las pruebas pseudodinámicas tradicionales, y permite una mejor comprensión de los sistemas acoplados complejos.
Los modelos virtuales creados con el sistema FHT también ahorran a los ingenieros un tiempo valioso al realizar sus propias pruebas en subestructuras y componentes.
“Además de proporcionar datos de prueba más sólidos”, señala Bowen, “el sistema FHT permite a los ingenieros sísmicos dedicar más tiempo a investigar y menos a preocuparse por cómo respaldar sus iniciativas de prueba. Permite el intercambio abierto de información en toda la comunidad. Todos nos basamos en un nivel colectivo de experiencia que no está disponible en ningún laboratorio de pruebas y toda la industria se está beneficiando de ello”.
Bowen dijo que un ingrediente clave para el éxito del programa FHT fue su asociación con MTS. “Sé que este término se usa en exceso, pero MTS fue un socio para nosotros en el sentido más auténtico”, expresó. “La experiencia y el apoyo de MTS no han tenido límites”.
