Echtzeitnahe Hybridsimulaion zur Bewertung der Infrastrukturschädigung

Core Concepts

Dieses Rahmenwerk kombiniert die Fähigkeiten der echtzeitnahen Hybridsimulation (RTHS) mit beschleunigten Degradationstechniken, um die Auswirkungen langfristiger Schädigung auf Infrastruktursysteme zu bewerten.

Abstract

Dieser Artikel präsentiert ein konzeptionelles Rahmenwerk zur Bewertung der Auswirkungen langfristiger Degradation auf Infrastruktursysteme. Das Rahmenwerk nutzt die partitionierte Natur der RTHS, indem es das physische Prüfmuster verschiedenen Degradationsstufen durch beschleunigte Degradationstechniken aussetzt.
Zunächst wird eine nominale RTHS-Prüfung durchgeführt, um die nicht degradierte Leistung des Systems zu bewerten. Anschließend wird das physische Prüfmuster beschleunigter Degradation unterzogen, um es in den nächsten Degradationszustand zu überführen. In jedem Degradationszustand werden dann kurzzeitige Belastungs-RTHS-Experimente durchgeführt, um das Verhalten des degradierten Systems zu beurteilen. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das System die festgelegten Ausfallkriterien erfüllt. Auf diese Weise kann die zu erwartende Ausfallzeit basierend auf dem erreichten Degradationsgrad ermittelt werden.
Das Rahmenwerk wird anhand der Bewertung der Langzeitleistung eines dreistöckigen Gebäudes mit Basisolierung demonstriert. Gummi-Isolatoren an der Basis werden durch erhöhte Luftfeuchtigkeit degradiert, was ihre Flexibilität mit der Zeit reduziert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Isolationsleistung nach 120 Tagen Degradation deutlich nachlässt und die Übertragungsfaktoren den Grenzwert von 1 überschreiten, was eine Verstärkung der Antwort bedeutet. Darüber hinaus wird eine statistische Analyse für eine Charge von Isolatoren mit simulierter Fertigungsungenauigkeit durchgeführt, um eine Ausfallwahrscheinlichkeitskurve zu erstellen.

Stats

Die horizontale Steifigkeit der exponierten Prüfmuster erhöhte sich um 2% und 12% nach 14 bzw. 31 Tagen erhöhter relativer Luftfeuchtigkeit.
Die mittlere Ausfallzeit unter beschleunigten Degradationsbedingungen beträgt 96,35 Tage.

Quotes

"Selbst wenn die Drift- und Beschleunigungsanforderungen nach der Degradation erfüllt sind, werden die Anforderungen für Basisscherkraft und -verschiebung überschritten."
"Die partitionierte Natur des Experiments ermöglicht es uns, Tests an mehreren Prüfmustern durchzuführen, falls verfügbar. Daher können Zuverlässigkeitstechnikverfahren verwendet werden, um die zukünftige Leistung des getesteten Systems besser zu diagnostizieren."

Key Insights Distilled From

Real-Time Hybrid Simulation for Infrastructure Degradation Assessment

by Manuel Salme... at arxiv.org 04-03-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.01575.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte das vorgestellte Rahmenwerk für die Bewertung der Degradation anderer Infrastrukturkomponenten wie Brücken oder Straßen angepasst werden?

Das vorgestellte Rahmenwerk für die Bewertung der Degradation von Infrastrukturkomponenten wie Gummi-Isolatoren könnte auf andere Komponenten wie Brücken oder Straßen angewendet werden, indem spezifische Degradationsmechanismen und -faktoren berücksichtigt werden. Zum Beispiel könnten für Brücken die Auswirkungen von Korrosion, Materialermüdung und Verformungen durch Verkehrslasten in das Rahmenwerk integriert werden. Für Straßen könnten Faktoren wie Frost-Tau-Wechsel, Verkehrsvibrationen und Materialalterung einbezogen werden. Durch die Anpassung des Rahmenwerks auf die spezifischen Degradationsmechanismen und -faktoren dieser Infrastrukturkomponenten können präzisere Bewertungen ihrer Leistungsfähigkeit im Laufe der Zeit durchgeführt werden.

Welche zusätzlichen Faktoren, neben Luftfeuchtigkeit, könnten die Degradation von Gummi-Isolatoren beeinflussen und wie könnte man diese in das Rahmenwerk integrieren?

Neben Luftfeuchtigkeit können weitere Faktoren die Degradation von Gummi-Isolatoren beeinflussen, wie z.B. UV-Strahlung, chemische Einwirkungen, mechanische Belastungen und Temperaturschwankungen. Um diese Faktoren in das Rahmenwerk zu integrieren, könnten spezifische Tests und Experimente durchgeführt werden, um die Auswirkungen jedes Faktors auf die Isolatoren zu quantifizieren. Anschließend könnten diese Daten in das Rahmenwerk aufgenommen werden, um die Degradation unter verschiedenen Umweltbedingungen zu modellieren. Durch die Berücksichtigung dieser zusätzlichen Faktoren könnte eine umfassendere Bewertung der Degradation von Gummi-Isolatoren erreicht werden.

Wie könnte man die Erkenntnisse aus diesem Rahmenwerk nutzen, um die Lebensdauer und Wartungsstrategien von Infrastruktursystemen zu optimieren?

Die Erkenntnisse aus diesem Rahmenwerk könnten genutzt werden, um die Lebensdauer und Wartungsstrategien von Infrastruktursystemen zu optimieren, indem prädiktive Modelle für die Degradation entwickelt werden. Durch die kontinuierliche Überwachung und Bewertung des Degradationszustands von Infrastrukturkomponenten können präventive Wartungsmaßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden, um Ausfälle zu vermeiden und die Lebensdauer der Systeme zu verlängern. Darüber hinaus könnten die Erkenntnisse genutzt werden, um die Materialauswahl, Konstruktionspraktiken und Betriebsbedingungen zu optimieren, um die Widerstandsfähigkeit und Leistungsfähigkeit von Infrastruktursystemen zu verbessern.