三軸地震・衝撃シミュレータ

三軸地震衝撃シミュレータ (TESS) ^[1]は、実験的な 3 次元「振動台」であり、兵器による衝撃や振動、地震の地動などの現実的な条件下でシステムや施設が耐えられるかどうかをテストするために使用されます。TESS は、コンピューター機器 (下図参照)、コンピューター フロア、軍事施設の衝撃隔離システムの耐衝撃性のテスト、鉄鋼、鉄筋コンクリート、石造構造物の耐震性を高める方法に焦点を当てた地震環境における構造建物モデルとコンポーネントの動作の研究、実物大の電子システムをシミュレートされた輸送環境と地震環境にさらすこと、船上の振動が海軍システムに与える影響の判定など、さまざまなテストの役割を果たします。

TESS はイリノイ州シャンペーンにあり、米国陸軍工兵研究開発センター(ERDC) 建設工学研究所 (CERL) によって運営されています。CERL は ERDC の 7 つの研究所のうちの 1 つであり、ERDC は米国陸軍工兵隊の一部です。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の提携機関として、CERL は米国で最も評価の高い研究および工学機関の 1 つと長年提携してきました。この相乗効果により、TESS の顧客は補完的な高度な研究能力と多分野にわたる技術的専門知識を利用できます。

この独自のデュアルモード衝撃および振動試験設備は、2 軸モードでは、中程度の重量の試験片を使用して広い周波数範囲で大きな加速度を必要とする軍事用途に典型的な、広範囲の過渡衝撃振動をシミュレートします。3 軸モードでは、地震やランダム振動、ログスイープや共振検索など、さまざまな振動環境をシミュレートできます。このモードでは、TESS は、地震振動に典型的な、より大きな変位範囲でより大きな試験片を試験できます。TESS は、高いペイロード機能と、広い周波数範囲、高い加速性能、広い変位範囲、最大 3 軸の振動の同時かつ独立した制御を組み合わせています。2 軸性能は 12,000 ポンドのペイロードで、3 軸性能は 120,000 ポンドのペイロードで定格されています。より大きなペイロードはより低い加速度レベルで試験でき、より小さなペイロードは定格加速度の最大 2 倍で試験できます。

• 128 チャンネルデータ収集システム (将来 512 チャンネルまで拡張可能)
• ディスクへのスループットは毎秒50,000サンプル
• 各チャンネルにサンプルアンドホールドとアンチエイリアスフィルターを搭載し、時間のずれを防ぎ、高周波ノイズとエイリアシング効果を排除します。
• ソフトウェアは、実行されるテストごとに、すべてのテスト実行データ、ドキュメント、テストデータ、およびデータ管理情報を共通データベースに組み込みます。

TESS は、現場でのテストでは経済的に実現できない、制御された現実的な衝撃、地震、振動環境下で、さまざまなサイズの機器や構造モデルをテストする機能を提供します。統合されたアナログおよびデジタル システムにより、さまざまな時間および周波数分析手順を使用して、大量のテスト応答データを測定および分析する機能が提供されます。TESS は、3 つの軸を同時に独立して制御できます。これにより、非励起軸でのテスト パフォーマンスについてエンジニアリング上の仮定を行う必要がなくなり、現実世界の振動環境をよりリアルにシミュレートできます。

TESS は、次の 4 つの研究分野で最も頻繁に使用されます。

1. 施設の評価。たとえば、TESS は、地震動を受ける石造建築物に対する柔軟なダイヤフラムの影響を調査するために使用されました。
2. 建物の改修。TESS は、コンクリートブロックまたは粘土レンガで作られた補強されていない壁を強化するための繊維強化ポリマー (FRP) 複合改修システムの適用可能性を調査するために使用されました。
3. 新しい施設の設計と建設。これらのプロジェクトは、シミュレーションされた地震荷重下での冷間成形せん断パネルの挙動を調査するなど、新しい施設の耐震設計に関連しています。
4. 機器の適格性とアップグレードの開発。TESS は、地震や衝撃荷重を受ける重要な機器の脆弱性を調査し、機器を保護するアップグレード技術を開発するために使用されます。

CERL は連邦道路局の資金提供を受けて、ウィスコンシン大学ミルウォーキー校向けに 250,000 ポンドのジオシンセティックス補強土 (GRS) 橋台モデルをテストしました。これは、CERL 三軸地震衝撃シミュレータ (TESS) でテストされた中で最大のモデルです。TESS に支持されるモデルの部分は 205,000 ポンドで、この大きな質量により、縦方向のテスト時に過度のピッチングなど、特有の課題と制御上の懸念が生じました。モデルは、重大な損傷を引き起こすレベルまでの正弦波スイープおよび正弦波運動でテストに成功しました。加速度、変位、ひずみ、圧力トランスデューサーから約 100 のデータ チャネルが記録されました。ウィスコンシン大学ミルウォーキー校の研究者は、このデータを使用して分析モデルを評価し、地震の多い地域での建設におけるこの GRS 橋台システムの能力を評価します。ウィスコンシン大学ミルウォーキー校は、1940 年のエルセントロ地震の二軸横方向および垂直方向の動きを再現した 2 番目の試験片をテストするための資金を獲得したいと考えています。

• 米陸軍 CERL ウェブサイトの TESS 機能ページ