Q：現在、地震試験ラボが直面している主な課題は何でしょうか？
Peter Gunness 氏: 科学者たちが地震の加速度記録の測定を始めたのは 20 世紀半ばのことで、現在のデータベースには何千もの地盤変動記録が登録されています。最大の被害と死者を出した、最も地動が多きかった地震には固有の属性があり、大地震のたびに新しいことを学ぶことができます。それで、地震に対する備えを検証するために、想定されるすべての地震シナリオをシミュレーションする試験システムが求められています。多くの大地震は独特の方法で力を及ぼすため、しばしば構造物の建築基準法、耐震検査基準、および地震試験装置要件の変更が促進されます。
誰もができるだけフルスケールに近い試料を試験したいと思っています。それにより実世界の試料の挙動を最も正確かつ純粋にシミュレーションできるからです。ただし、構造物の地震試験では建物や橋梁の断片などの非常に大きく重い試料を使用するため、実物に近いサイズで試験を行うためには電力やスペースが必要となり、コストがかさみます。ラボでは実物のスケールモデルを使って作業する必要があるため、試験時に考慮する必要がある不正確さが生じます。
ほとんどの地震には非常に低い周波数と大きな変位成分がありますが、スケールモデルの試料を試験するときは、時間軸の圧縮によって周波数成分が増加し、変位が減少します。これにより設計とサーボ制御の問題が生じます。なぜならシステムを比較的大きな周波数レンジで動作させ、試料を振動台の上で直接組み立てる必要があるためです。試料の質量が増加すると、台のチューニングと応答の両方に影響を及ぼします。
さらに、チューニングのために振動台に力を加えると試料がダメージを受け、その挙動が根本的に変わってしまうことがあります。試料を保護して試験の忠実度を保つため、振幅を抑えた状態でチューニングする必要があります。そして試験中には、誤差を最小限に抑え、時刻歴の展開を正確に実現するような方法で、制御システムが試料の応答や変化する動的要素を把握する必要があります。
Q：これらの試験ラボがこうした課題に対処するために、MTS はどのように支援していますか？
Gunness 氏： 主な方法としては、当社の主要な耐震認定およびシミュレーションソフトウェアである STEX Pro を使用することです。このソフトウェアには、当社の最高水準の技術である「RPC® 」と呼ばれるリモートパラメータコントロール技術が組み込まれており、土木構造物や基礎構造、および非構造物の耐震性能試験やシミュレーションを正確かつ再現性よく行うことができます。
このソフトウェアでは、複雑なマルチチャネル機械試験システムを精確に制御するための、先進の地震シミュレーションツールと一連のアプリケーションを組み合わせています。記録された時刻歴や顧客が定義したプロファイルから、加速度、速度、変位を正確に再現するためのイタレーションのプロセスを採用しています。
STEX Pro ソフトウェアはあらゆる多次元の地震試験アプリケーションに最適なツールです。1 つまたは複数の自由度と 1 つまたは複数の振動台を含む構成で、あらゆるスケールの試料または試料の任意の部分で、ほぼすべての地震現象をシミュレートできる汎用性を備えています。
Bellcore、AC156、IEE693 仕様などの認定試験のために、STEX Proソフトウェアは衝撃応答スペクトル (SRS) ツールのメニューを提供しています。試験ラボでは、加速度時刻歴入力から衝撃応答スペクトルを生成することができます。または、逆 SRS 機能により SRS データをランダムな時刻歴出力に変換して、シミュレーションに必要な応答として使用することができます。
Q： なぜ STEX Pro ソフトウェアが地震シミュレーションにとって重要なのでしょうか？
Gunness 氏： 地震試験では、ソフトウェアを使用すると、実際の地震の負荷と動きのデータを現実世界に取り込み、1 つまたは複数の振動台を使用して、試験ラボの試料に正確に再現することができます。これにより、試験エンジニアは、極めて現実的な地震条件下で、土木および非土木構造物がどのように動作するかを知ることができます。
Q：チューニングやシミュレーションの精度を維持するため、ソフトウェアはどのような評価を使用しているのでしょうか？
Gunness 氏： 地震臨床試験では、まず FRF (周波数応答関数) と呼ばれるシステムのモデルで開始します。試料のダメージを最小限に抑えるため、この FRF は非常に低い振幅レベルで測定されます。しかし、時には低振幅ではモデリングエラーが発生することがあります。
STEX Pro ソフトウェアには、FRF の品質を評価するための高度なツールが含まれており、コヒーレンス試験と S/N 試験を使用し、使用可能なシミュレーション制御バンドのガイダンスを提供します。この FRF を反転させ、目的のデータと組み合わせて、ターゲットレベルの駆動ファイルを繰り返し生成します。各イタレーションステップでは、Turbo Adaptive Inverse を使用して逆 FRF を改善することができます。これにより非線形システムのシミュレーション精度が向上します。
Q：STEX Pro ソフトウェアは、他の制御やコマンド補正技術とどのように違いますか？
Gunness 氏： MTS の地震制御システムは、様々な高度なリアルタイム制御技術を用いて、システム性能を最適化します。その中には、3 可変制御、力平衡、クロスカップリング補正などの固定制御技術や、高調波消去、振幅位相制御、適応型逆制御などのコマンド補正技術が含まれています。
これらの技術および他の技術は、地震制御システムのツールボックスに統合されています。これらは、前述の地震システム制御の課題を克服し、システム全体の忠実度を向上させるために使用されます。STEX Pro ソフトウェアは制御機能を置き換えるのではなく、制御上に重ねて配置されます。コマンド補正器と同様に、このソフトウェアはシステムの忠実度と精度の向上に役立ちますが、それ以上の機能が 1 つの統合パッケージで提供されます。これは制御装置に内蔵されているコマンド補正器に代わるもので、クロスカップリングを多用するシステムやマルチテーブルのシナリオでも効果を発揮します。
Q. MTS との提携は、地震試験ラボにとってどのようなメリットがありますか？
Gunness 氏： 私たちとのパートナーシップから得られるのは、クラス最高のソフトウェア、制御装置、試験機器だけではありません。MTS と連携している試験ラボは、数十年に及ぶ実地経験と実証済みの成功事例を利用することができます。STEX Pro ソフトウェアは RPC テクノロジーをベースにしているため、層の厚いローカルサポートと試験方法のノウハウを世界中で提供しています。この専門知識は、お客様が現在のニーズと長期的なニーズの両方を満たすために、試験プログラムの精度と効率の最適化に活用されます。
また、幸いなことに世界で最も先進的な一部の地震試験エンジニアと密接に協力しており、その多くは STEX Pro ソフトウェアを使用したマルチテーブル構成を活用しています。このようなお客様からの直接的なご意見は、今後のリリースで有用な新機能を追加していく上で非常に重要です。
技術と専門知識のこの独特な組み合わせにより、お客様はより多くのデータを情報に変え、より多くの情報を知識に変えることができ、最終的にはより耐震性の高い土木および非土木構造物という形で利益を得ることができるのです。
Peter Gunness 氏: 科学者たちが地震の加速度記録の測定を始めたのは 20 世紀半ばのことで、現在のデータベースには何千もの地盤変動記録が登録されています。最大の被害と死者を出した、最も地動が多きかった地震には固有の属性があり、大地震のたびに新しいことを学ぶことができます。それで、地震に対する備えを検証するために、想定されるすべての地震シナリオをシミュレーションする試験システムが求められています。多くの大地震は独特の方法で力を及ぼすため、しばしば構造物の建築基準法、耐震検査基準、および地震試験装置要件の変更が促進されます。
誰もができるだけフルスケールに近い試料を試験したいと思っています。それにより実世界の試料の挙動を最も正確かつ純粋にシミュレーションできるからです。ただし、構造物の地震試験では建物や橋梁の断片などの非常に大きく重い試料を使用するため、実物に近いサイズで試験を行うためには電力やスペースが必要となり、コストがかさみます。ラボでは実物のスケールモデルを使って作業する必要があるため、試験時に考慮する必要がある不正確さが生じます。
ほとんどの地震には非常に低い周波数と大きな変位成分がありますが、スケールモデルの試料を試験するときは、時間軸の圧縮によって周波数成分が増加し、変位が減少します。これにより設計とサーボ制御の問題が生じます。なぜならシステムを比較的大きな周波数レンジで動作させ、試料を振動台の上で直接組み立てる必要があるためです。試料の質量が増加すると、台のチューニングと応答の両方に影響を及ぼします。
さらに、チューニングのために振動台に力を加えると試料がダメージを受け、その挙動が根本的に変わってしまうことがあります。試料を保護して試験の忠実度を保つため、振幅を抑えた状態でチューニングする必要があります。そして試験中には、誤差を最小限に抑え、時刻歴の展開を正確に実現するような方法で、制御システムが試料の応答や変化する動的要素を把握する必要があります。
Q：これらの試験ラボがこうした課題に対処するために、MTS はどのように支援していますか？
Gunness 氏： 主な方法としては、当社の主要な耐震認定およびシミュレーションソフトウェアである STEX Pro を使用することです。このソフトウェアには、当社の最高水準の技術である「RPC® 」と呼ばれるリモートパラメータコントロール技術が組み込まれており、土木構造物や基礎構造、および非構造物の耐震性能試験やシミュレーションを正確かつ再現性よく行うことができます。
このソフトウェアでは、複雑なマルチチャネル機械試験システムを精確に制御するための、先進の地震シミュレーションツールと一連のアプリケーションを組み合わせています。記録された時刻歴や顧客が定義したプロファイルから、加速度、速度、変位を正確に再現するためのイタレーションのプロセスを採用しています。
STEX Pro ソフトウェアはあらゆる多次元の地震試験アプリケーションに最適なツールです。1 つまたは複数の自由度と 1 つまたは複数の振動台を含む構成で、あらゆるスケールの試料または試料の任意の部分で、ほぼすべての地震現象をシミュレートできる汎用性を備えています。
Bellcore、AC156、IEE693 仕様などの認定試験のために、STEX Proソフトウェアは衝撃応答スペクトル (SRS) ツールのメニューを提供しています。試験ラボでは、加速度時刻歴入力から衝撃応答スペクトルを生成することができます。または、逆 SRS 機能により SRS データをランダムな時刻歴出力に変換して、シミュレーションに必要な応答として使用することができます。
Q： なぜ STEX Pro ソフトウェアが地震シミュレーションにとって重要なのでしょうか？
Gunness 氏： 地震試験では、ソフトウェアを使用すると、実際の地震の負荷と動きのデータを現実世界に取り込み、1 つまたは複数の振動台を使用して、試験ラボの試料に正確に再現することができます。これにより、試験エンジニアは、極めて現実的な地震条件下で、土木および非土木構造物がどのように動作するかを知ることができます。
Q：チューニングやシミュレーションの精度を維持するため、ソフトウェアはどのような評価を使用しているのでしょうか？
Gunness 氏： 地震臨床試験では、まず FRF (周波数応答関数) と呼ばれるシステムのモデルで開始します。試料のダメージを最小限に抑えるため、この FRF は非常に低い振幅レベルで測定されます。しかし、時には低振幅ではモデリングエラーが発生することがあります。
STEX Pro ソフトウェアには、FRF の品質を評価するための高度なツールが含まれており、コヒーレンス試験と S/N 試験を使用し、使用可能なシミュレーション制御バンドのガイダンスを提供します。この FRF を反転させ、目的のデータと組み合わせて、ターゲットレベルの駆動ファイルを繰り返し生成します。各イタレーションステップでは、Turbo Adaptive Inverse を使用して逆 FRF を改善することができます。これにより非線形システムのシミュレーション精度が向上します。
Q：STEX Pro ソフトウェアは、他の制御やコマンド補正技術とどのように違いますか？
Gunness 氏： MTS の地震制御システムは、様々な高度なリアルタイム制御技術を用いて、システム性能を最適化します。その中には、3 可変制御、力平衡、クロスカップリング補正などの固定制御技術や、高調波消去、振幅位相制御、適応型逆制御などのコマンド補正技術が含まれています。
これらの技術および他の技術は、地震制御システムのツールボックスに統合されています。これらは、前述の地震システム制御の課題を克服し、システム全体の忠実度を向上させるために使用されます。STEX Pro ソフトウェアは制御機能を置き換えるのではなく、制御上に重ねて配置されます。コマンド補正器と同様に、このソフトウェアはシステムの忠実度と精度の向上に役立ちますが、それ以上の機能が 1 つの統合パッケージで提供されます。これは制御装置に内蔵されているコマンド補正器に代わるもので、クロスカップリングを多用するシステムやマルチテーブルのシナリオでも効果を発揮します。
Q. MTS との提携は、地震試験ラボにとってどのようなメリットがありますか？
Gunness 氏： 私たちとのパートナーシップから得られるのは、クラス最高のソフトウェア、制御装置、試験機器だけではありません。MTS と連携している試験ラボは、数十年に及ぶ実地経験と実証済みの成功事例を利用することができます。STEX Pro ソフトウェアは RPC テクノロジーをベースにしているため、層の厚いローカルサポートと試験方法のノウハウを世界中で提供しています。この専門知識は、お客様が現在のニーズと長期的なニーズの両方を満たすために、試験プログラムの精度と効率の最適化に活用されます。
また、幸いなことに世界で最も先進的な一部の地震試験エンジニアと密接に協力しており、その多くは STEX Pro ソフトウェアを使用したマルチテーブル構成を活用しています。このようなお客様からの直接的なご意見は、今後のリリースで有用な新機能を追加していく上で非常に重要です。
技術と専門知識のこの独特な組み合わせにより、お客様はより多くのデータを情報に変え、より多くの情報を知識に変えることができ、最終的にはより耐震性の高い土木および非土木構造物という形で利益を得ることができるのです。
