Forscher an der University of Nevada nutzen LabVIEW, PXI und

Forscher an der University of Nevada nutzen LabVIEW, PXI und CompactRIO zur Messung
der Auswirkungen von Erdbeben auf Brücken
"Die Hardware von National Instruments bot die
notwendige Modularität, um mit einer einzigen
Plattform viele unterschiedliche Größen zu messen
und diese Messungen über mehrere Systeme
hinweg zu synchronisieren."
- Dr. Patrick Laplace, Ph.D., University of Nevada, Reno (http://www.unr.edu/)
Die Aufgabe:
Genaues Testen der Interaktion der Federung eines Fahrzeugs mit komplexen Konstruktionen wie einer gewundenen Brücke während eines
Erdbebens
Vollständige
Kundenlösung
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Die Lösung:
Bau großer Brückenabschnitte, Test der Abschnitte mit großen hydraulischen Rüttelvorrichtungen, die Erdbeben simulieren, und Einsatz der
Software NI LabVIEW und der Hardwareplattform PXI zur Durchführung von Messungen wie Dehnung, Kraft und Verschiebung, um das Verhalten
der Stützstrukturen sowie die Bewegung der Brücke und der Fahrzeuge zu beschreiben
Autor(en):
Dr. Patrick Laplace, Ph.D. - University of Nevada, Reno (http://www.unr.edu/)
Einleitung
Heutzutage entwerfen Ingenieure Brücken unter einzigartigen Testbedingungen, so z. B. mit direkter Fahrzeug- und Erdbebenbelastung. Allerdings
werden Brücken nicht für beide genannten Bedingungen entworfen. Die University of Nevada in Reno zählt zu den führenden Forschungseinrichtungen
für Erdbebentests und ist Mitglied des Network of Earthquake Engineering Simulation (NEES). Zur Erdbeben- und Bautechnik gehören die Analyse und
der Entwurf von Konstruktionen, die Lasten stützen oder abfangen. Bei diesen Lasten kann es sich um „Betriebslasten“, wie Verkehrslasten auf einer
Brücke oder Möbel in einem Gebäude, oder um „extreme“ Lasten, wie Winde, Fluten und Erdbeben, handeln.
Ausführung
Wir wollten in der Lage sein, jederzeit ein Erdbeben hervorzurufen, um seine Auswirkungen sowohl auf eine Brücke als auch auf die Fahrzeuge auf dieser
Brücke zu messen. Deshalb bauten wir ein Modell einer gewundenen Brücke, das die gesamte Länge des Labors einnahm, auf Rütteltischen von MTS
Systems auf. Für diesen speziellen Test verwendeten wir ein Modell im Verhältnis 2:5 (40-Prozent-Modell), das eine dreiteilige Brücke mit gut 44 m
Länge, knapp 5 m Höhe und einem Radius von knapp über 24 m darstellt. Um Nutzlasten zu simulieren, stellten wir sechs Lieferwagen mit Sand gefüllte
Ladeflächen auf die Brücke. Unsere Forscher wollten herausfinden, ob diese Lasten die Reaktion der Brücke dämpfen oder verstärken würden.
Das System sollte hunderte konditionierte Kanäle in Echtzeit messen können, um eine zuverlässige Erfassung aller Daten sicherzustellen. Die
Rütteltische, das Datenerfassungssystem, die Steuerungen und die Datenanalysegeräte müssen jederzeit fehlerlos zusammenarbeiten. Als die
Rütteltische ans Labor geliefert wurden, verfügten sie über ein Datenerfassungssystem eines Drittanbieters. Die Hardware war in Ordnung, aber die
Software war ein geschlossenes System und unvollständig. Wir haben uns über NI-Produkte informiert, weil wir eine offene Plattform benötigten, und
stellten schnell fest, dass diese Werkzeuge uns dabei unterstützen würden, leicht mehrere Systeme zu synchronisieren.
So wurde dank des NI LabVIEW Real-Time Module die Erstellung eines deterministischen Systems zu einem zügigen Vorgang, da mit dem Modul einfach
programmiert werden kann. Eine Anforderung bestand darin, die erfassten Kanäle über einen größeren Bereich zu synchronisieren, was sich aufgrund der
zu testenden Brücke ergab. Darüber hinaus konnten auch kritische Komponenten und der Hydraulikfluss der Rütteltische von MTS Systems überwacht
werden. Um die Lagerverschiebung zu messen, setzten wir den Echtzeit-Controller NI cRIO-9002 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/14160)
mit dem Chassis NI cRIO-9102 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/14157) und den Eingangsmodulen des Typs NI cRIO-9215 (
http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/208793) ein. Die Hardware von National Instruments, einschließlich der NI-PXI-Produkte, bot die notwendige
Modularität, um mit einer einzigen Plattform viele unterschiedliche Größen zu messen und diese Messungen über mehrere Systeme hinweg zu
synchronisieren.
Vorteile
NI-Hardware und die auf dem Standard IEEE 1451.1 basierenden Plug-and-play-Funktionen trugen dazu bei, die Installationszeit erheblich zu reduzieren
und Bedienfehler im Zusammenhang mit Messgerätekalibrierangaben auszuschließen. Das LabVIEW Real-Time Module (
http://www.ni.com/labview/realtime/d/) sorgte dafür, dass alle Systeme synchron und deterministisch liefen und so eine entscheidende Anforderung an die
auf Servohydraulik basierenden Rütteltische und die Datenerfassungssysteme erfüllten. Die in LabVIEW Real-Time programmierten Befehlsgeneratoren
arbeiteten nach Plan und sorgten erfolgreich für einen synchronen Betrieb der Rütteltische. LabVIEW wurde für die unmittelbare Datenanalyse während
der Tests und darüber hinaus auch für die sofortige Replikation kritischer Daten eingesetzt, die auf mehreren FTP-Rechnern auf dem Campus und dem
NEES Data Repository gesichert wurden.
Resultat
Unser Forschungsprojekt war zu 100 Prozent erfolgreich. Es steht außer Frage, dass wir diese Art von Tests ohne National Instruments nicht hätten
durchführen können. Alle Daten wurden genau erfasst, anschließend verarbeitet und je nach Bedarf gespeichert. Das System für die Rütteltische erzeugte
die von den Untersuchenden geforderten Erdbebenaufzeichnungen und das NI-CompactRIO-System (http://www.ni.com/crio/d) überwachte erfolgreich
das Hydrauliksystem, wodurch sichergestellt wurde, dass mögliche Probleme sofort erkannt würden.
Autor:
Dr. Patrick Laplace, Ph.D.
University of Nevada, Reno (http://www.unr.edu/)
Department of Civil and Environmental Engineering/0258
Reno, NV 89557
Vereinigte Staaten von Amerika
Tel: (775) 784-8080
[email protected] (mailto:[email protected])
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www.ni.com
Abb. 1: Fahrzeuge auf einer Brücke
Abb. 2: Stützpfeiler der Brücke mit Testsystem
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Abb. 3: Blick auf Fahrzeuge auf der Brücke
Rechtliche Hinweise
Diese Kundenlösung („Kundenlösung“) wurde von einem Kunden von National Instruments („NI“) entwickelt. DIESE KUNDENLÖSUNG WIRD IM „IST-ZUSTAND“
ZUR VERFÜGUNG GESTELLT UND NI ÜBERNIMMT KEINERLEI GARANTIEN. AUSFÜHRLICHERE ERLÄUTERUNGEN ZU ANDEREN EINSCHRÄNKUNGEN
ENTNEHMEN SIE BITTE DEN NUTZUNGSBEDINGUNGEN FÜR NI.COM.
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