Hybrid Simulation of Composite Structures

Abstract

Hybridtest er en substrukturel testmetode hvor en numerisk simulering bliver kombineret med en fysisk test. En konstruktion kan derved testes i det tilfælde hvor hoveddelen af konstruktionen er simpel at modellere numerisk imens en given subkonstruktion behøver et fysisk eksperiment pga. ukendte stivheds respons. Hybridtest er primært blevet anvendt inden for jordskælvstest af bygningskonstruktioner, men andre konstruktioner er også blevet testet med succes. De tidligere hybridtests har dog det til fælles, at de er udført på konstruktioner med en simpel rand i mellem den numeriske konstruktion og den fysiske test, dvs. få frihedsgrader. Denne afhandling fokuserer på anvendelsen af hybridtest på kompositkonstruktioner fx vindmøllevinger, hvor randen mellem den numeriske- og fysiske konstruktion er kontinuerlig med, i princippet, uendelig mange frihedsgrader. Dette øger kompleksiteten på overføringssystemet og avancerede styrings- og målemetoder er derfor nødvendige. I denne afhandling er forskellige hybridtestprogrammer blevet designet til at udføre hybridtest i forskellige tidsskalaer med avancerede styrings- og målemetoder til at håndtere den avancerede rand. Disse hybridtestprogrammer er blevet testet på forskellige kompositkonstruktioner og er blevet verificeret til at kunne øge nøjagtigheden af styringen af den fælles rand mellem den numeriske- og fysiske subkonstruktion.Hybrid simulation is a substructural method combining a numerical simulation with a physical experiment. A structure is thereby simulated under the assumption that a substructure’s response is well known and easily modelled while a given substructure is studied more accurately in a physical experiment. The technique has primarily been used within earthquake engineering but many other fields of engineering have utilized the method with benefit. However, these previous efforts have focused on structures with a simple boundary between the numerical and physical substructure i.e. few degrees of freedom. In this dissertation the main focus is to develop hybrid simulation for composite structures e.g. wind turbine blades where the boundary between the numerical model and the physical experiment is continues i.e. in principal infinite amount of degrees of freedom. This highly complicates the transfer system and the control and monitoring techniques in the shared boundary is therefore a key issue in this type of hybrid simulation. During the research, hybrid simulation platforms have been programmed capable of running on different time scales with advanced control and monitoring techniques at the shared boundary. The hybrid simulation programs have been tested on different simple composite structures and they have proven able to increase the accuracy in tests with a complex transfer system