JP3749416B2 - スード試験方法およびスード試験装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の地震時などにおける挙動を調べるスード試験方法およびスード試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の地震時における挙動を調べるためなど地動加速度による応答試験を行うとき、実物建造物をそのまま大型振動試験台に設置して台面上の加速度波を地動加速度波（Accelerated Wave：ＡＣＣ波）と同一になるよう制御する方法が考えられる。この場合には、図４の（ａ）に模式的に示すように、振動台上に試験体を載置し、アクチュエータに地動加速度波を入力して振動台を駆動する。
しかしながら、この方法は、次のような理由により技術上実用化は困難である。
（１）正確に地動加速度波（ＡＣＣ波）を振動台上で再現することは困難である。ＡＣＣ波を忠実に再現するためには、繰り返し行うことが必要となるが、最初の１回でＡＣＣ波を再現しないと試験体を何度も破損することとなってしまい、非常に高コストとなってしまう。
（２）振動台装置が巨大なものとなってしまう。何１０〜１００トンもの質量が存在する場合や高層ビルディングになると、実際上、振動台は製作不能である。
（３）地震波の継続時間と同じ短時間の試験となり、試験体の疲労過程や破壊過程を目視で観測することが困難である。
【０００３】
そこで、低コストの手法として注目されているのが、地震時における構造物の挙動を静的実験装置でシミュレートするスードダイナミック試験方法（Pseudodynamic Test Method 、以下、単に「スード試験方法」という）である。これは、ハイブリッド試験方法、仮想試験方法あるいはオンライン実物地震応答システムなどとも呼ばれている。この試験方法は、構造物を質点と柱等の剛性に相当するバネ定数とからなる質点モデルに置き換えて、このモデルの運動方程式を解くことにより求めた応答値を用いる方法である。
以下、建物をその中に分散する質量を１点に集中するとした質量Ｍと柱の水平剛性に相当するバネ定数Ｋからなる１質点モデルに置き換えた場合を例にとって説明する。
【０００４】
図４の（ｂ）は、前記図４の（ａ）をモデル化して示した図である。この図において、地動加速度波（ＡＣＣ波）により、地面（振動台面）がｘだけ変位し、それに伴い、質点Ｍがｙだけ変位する。
ここで、前記質点Ｍの地面に対する相対変位をＤ（＝ｙ−ｘ）とおくと、図４の（ｃ）に示すモデルとなる。このモデルのバランス式は次の式（１）により表される。
【数１】
ここで、Ｄの上のドットは、時間微分を表している。また、Ｋは構造物のバネ定数（スティフネス）［kgf/cm］、Ｍは質量［kg］、Ｃは減衰定数（ダンピング係数）［kgf/sec ］、Ｄは質点の空間静止点からの変位［cm］、d2Ｄ／dt2 は質点の加速度［cm/sec2 ］、d2Ｄ0/dt2 は地動加速度［cm/sec2]、 dＤ／dtは質点の速度［cm/sec］である。
【０００５】
また、この質点系の固有振動周波数ｆo は次の式（２）により表される。
【数２】
ここで、図４の（ｂ）に示す振動台上の力と、図４の（ｃ）に示す反力Ｒとが一致しているときには、両者は等価であるということができる。
【０００６】
スード試験方法はこのことを利用した手法であり、前記バネ定数Ｋの値をリアルタイムで実測しながら前記式（１）を解くことにより質点の相対変位Ｄを求め、構造物である試験体に対し、該算出した相対変位ＤをアクチュエータＡＣＴにより与えるようにして地震などの加速度波に対する試験体の挙動を測定する試験方法である。図４の（ｄ）は、このスード試験方法の様子を模式的に示す図であり、アクチュエータＡＣＴにより、試験体を加力している。また、ロードセル（Ｌ／Ｃ）により試験体に発生する反力を計測している。
【０００７】
このようなスード試験において、地動加速度（d2Ｄｏ/dt2) を示すＡＣＣ波形が不規則な波形であるため、前記式（１）を解くために、全区間を微小な時間Δｔ［sec ］に区切り、所定の仮定に基づきΔｔ内で逐次積分を行い、Δｔ秒後の応答値を求める、すなわち、Δｔ秒後の応答値を現時刻の応答値の関数とするという過程を、地震応答時間だけ繰り返し行い前記応答値を求めるという近似的解法が採用されている。この手法は、前記微小な時間きざみ（時間ステップ）Δｔ内に適用する前述した仮定に応じて、次のような種類に分けられる。
（１）中央差分法（Basic Central Difference Method ）
（２）総和型中央差分法（Summed-Form Central Difference Method ）
（３）ニューマーク法（Newmark Explicit Method ）
（４）改良ニューマーク法（Modified Newmark Method ）
実際のハイブリッド試験においては、精度の上から上記（３）と（４）がよく用いられている。
【０００８】
代表的に用いられている（３）ニューマーク法を例にとって説明する。
ニューマーク法は、第ｎ番目の時間ステップのデータＤｎと第（ｎ＋１）番目の時間ステップのデータＤｎ+1の関係を用いて微分を行なうものであり、変位Ｄｎ+1、変位Ｄｎ+1の１階微分(dＤｎ+1/dt ）および２階微分（d2Ｄｎ+1/dt2) は、それぞれ、次の式（３）〜式（５）のように表わされる。
【数３】
ここで、Ｒｎ+1は、反力（復元力）の計測値であり、前記式（４）の右辺の分子に実測した復元力Ｒｎ+1を用いて逐次積分法で応答値Ｄを求めている。すなわち、この方法では、反力Ｒ（＝Ｋ・Ｄ）を図４の（ｄ）におけるロードセルなどの荷重センサで実測し、この値を用いて、次時間ステップの相対変位Ｄを算出している。
【０００９】
図５に、このニューマーク法の処理フローチャートを示す。
まず、ステップ１において、前時間ステップの応答変位である応答解析時目標変位Ｄｎより、前記式（３）に基づき、この時間ステップの応答解析時目標変位Ｄｎ+1を求める。なお、試験の開始時においては、Ｄ0 ＝０とされている。
次に、ステップ２に進み、前記ステップ１において算出した応答変位Ｄｎ+1に基づき、アクチュエータで試験体を加振する。
該ステップ２の結果試験体に発生する反力（復元力）Ｒｎ+1を荷重センサにより計測し、読み込む（ステップ３）。
そして、該計測したＲｎ+1および加速度入力値d2Ｄon+1/dt2を前記式（４）に代入して、応答加速度d2Ｄｎ+1/dt2を求める（ステップ４）。
次に、前時間ステップの応答速度 dＤｎ/dt 、応答加速度d2Ｄｎ/dt2および前記ステップ４において算出されたこの時間ステップの応答加速度d2Ｄｎ+1/dt2に基づき、前記式（５）より、この時間ステップの応答速度 dＤｎ+1/dt を求める（ステップ５）。
そして、この時間ステップにおいて求めた応答変位Ｄｎ+1、応答速度 dＤｎ+1/dt および応答加速度d2Ｄｎ+1/dt2を前時間ステップのものとし（ステップ６）、前記ステップ１に戻り、ステップ１〜ステップ６を繰り返し実行する。
【００１０】
このようにスード試験方法においては、地震時に計測された加速度データ（ＡＣＣ波形データ）を前記式（１）の運動方程式に入力し、バネ定数Ｋの値（上述した例においては、反力Ｒ（＝Ｋ・Ｄ））のみリアルタイムで実測して、前記運動方程式をリアルタイムで解きながら、式の出力として得られる相対変位ＤとなるようにアクチュエータＡＣＴで構造物の質点部に加力する。なお、上述した（１）、（２）および（４）の方法においても、用いる式が異なるだけで、同様に反力を実測しながら相対変位Ｄを求めている。
このようなスード試験方法によれば、運動方程式のパラメータに予め入力しておくのは、質量Ｍと減衰定数Ｃであり、バネ定数Ｋはリアルタイムの実測値を使用する。このため、質量Ｍを式内に置くため実物の質量部を除くことができ、そのため柱などの構造体のみを対象に静的に試験することができるという特徴がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５のステップ２において、求めた目標変位Ｄｎ+1で試験体をアクチュエータにより加振する際には、アクチュエータの変位すなわち試験体に加わる変位が、目標変位Ｄｎ+1になればよい（試験は波形の再現ではなく、レベル再現である）ので、アクチュエータの変位を、一定の大きさ〔１クロック（たとえば１００μsec)当たりのビット数で決定されている〕の変化速度Ｖで増減させ、そして、目標変位Ｄｎ+1に達したか否かを判断して、達したと判断すると、変位の増減を停止している。また、アクチュエータの変位の変化速度の向きは、たとえば、アクチュエータのピストンの伸びる側を＋とすると、引っ込む側が−となっている。そして、この変化速度Ｖの向きは、前時間ステップの応答速度 dＤｎ/dt の向きで決定されている。応答速度 dＤｎ/dt の向きを示すフラグが＋である（応答速度 dＤｎ/dt が０以上の時にフラグは＋となる）と、変化速度Ｖの向きも＋にし、一方、応答速度 dＤｎ/dt の向きを示すフラグが−であると、変化速度Ｖの向きも−にしている。すなわち、図８（ｂ）に図示するようなＡＣＣ波を試験体に加え、各点P1,P2,P3,P4 において、アクチュエータで試験体に変位a1,a2,a3,a4 を与える際には、図８（ａ）に図示するように、変位は、一定の大きさの変化速度Ｖすなわち一定勾配で増加または減少して、目標変位a1,a2,a3,a4 となっている。
【００１２】
図８に図示する事例では、変位は順次増大しているが、図９に図示するように、点P3における変位a3と点P4における変位a4とが略同じ場合がある。この様な場合では、点P3から点P4に行く際に、点P3における応答速度 dＤｎ/dt の向きのフラグは＋であるので、＋の向きで、かつ、一定の大きさの変化速度Ｖが加算され、a3＋Ｖとなる。したがって、点P3における変位a3と点P4における変位a4との差分が、変化速度Ｖの大きさよりも小さいと、目標変位に達したか否かを判断する際には、目標変位a4を既にオーバーすることになる。
【００１３】
この様に、一定の大きさの変化速度Ｖで変位を増減すると、目標変位との間に微視的な誤差が生じることがある。そして、スード試験の運動方程式は、時々刻々の積分値として変位解を得ており、この様な微視的な誤差の発生は、時々刻々演算される積分解に大きな影響を与える。なお、変位の変化速度Ｖの大きさを極く小さくすることも考えられるが、アクチュエータの作動速度が遅くなり、スード試験に要する時間が長くなる。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、より正確な目標変位を試験体に与えることができるスード試験方法およびスード試験装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスード試験方法は、波形発生手段（４１）から入力される加速度波形、および、試験体（１４）に発生する反力（Ｒ）を検出する荷重センサ（３１）の出力に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する変位（Ｄ）を応答解析演算手段（４２）により応答解析時目標変位（Dn+1）として算出し、この応答解析時目標変位に基づいてアクチュエータ（１３）を制御して前記試験体に変位を与える。そして、応答解析演算手段が算出した応答解析時目標変位と前回の応答解析時目標変位との差を差分（ΔＤ）として算出し、この差分の大きさが、設定されている最小値（ΔＤmin ）よりも小さいときには、前記アクチュエータの目標変位（Dm）を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値（ΔＤmax ）よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限し、差分の大きさが最小値以上の時に、差分に略比例する目標変位変化速度（ｄ）を生成して、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させる。
【００１６】
本発明のスード試験装置は、加速度波形を発生する波形発生手段と、試験体に発生する反力を測定する荷重センサと、前記波形発生手段の出力、および、前記荷重センサの検出した反力に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する変位を応答解析時目標変位として算出する応答解析演算手段と、前記応答解析時目標変位に基づいて前記試験体に変位を与えるアクチュエータとを備える。そして、応答解析演算手段が算出した応答解析時目標変位と前回の応答解析時目標変位との差を差分として算出するとともに、この差分の大きさが、設定されている最小値よりも小さいときには、目標変位変化速度生成部に出力しないでアクチュエータの目標変位を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限して目標変位変化速度生成部（４９）に出力する差分算出手段（４７）と、この差分算出手段からの差分に略比例する目標変位変化速度を生成する目標変位変化速度生成手段と、アクチュエータの目標変位を前記目標変位変化速度で変化させるアクチュエータ用目標変位生成手段（５１）とを備えており、アクチュエータはアクチュエータ用目標変位生成手段からの目標変位に追随するように試験体に変位を与える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明におけるスード試験装置の実施の一形態を説明する。図１は本発明のスード試験装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。図２は図１のブロック図のデジタル制御部の拡大図である。図３は差分算出部の詳細図である。図４はスード試験方法を説明するための図である。図５はニューマーク法を用いたスード試験における処理のフローチャートである。図６はアクチュエータを作動させる際のフローチャートである。図７はアクチュエータへの出力の説明図で、（ａ）が差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとの関係を示す図、（ｂ）がアクチュエータ用目標変位の変化の図である。なお、図７（ａ）においては、差分ΔＤが正の部分のみが図示されている。また、デジタル制御部１は、マイコンやパソコンなどで構成され、ソフトウェアで作動しているが、図２では、複数のブロックとして図示している。
【００１８】
まず始めに、図１でスード試験装置の全体構成を説明する。詳細は後述するデジタル制御部１はマイコンやパソコンなどからなり、このデジタル制御部１は、アクチュエータ用目標変位Dmを出力している。このアクチュエータ用目標変位Dmは、Ｄ／Ａ変換器２でＤ／Ａ変換されて、変位用加算部３に出力されている。一方、変位用加算部３の出力Ｄｒは、変位用調整部４を介して比例・微分・積分（ＰＩＤ）および増幅され、油圧アクチュエータ（ＡＣＴ）１３のサーボバルブ（Ｓ／Ｖ）１２に入力されている。アクチュエータ１３のピストンは、伸びたり、引っ込んだりして、試験体１４に変位を与える。なお、この明細書においては、ピストンの伸びる方向を＋にし、引っ込む方向を−にしている。そして、アクチュエータ１３のピストンの変位（すなわち、試験体１４の変位）Ｄは、変位センサ２１で検出されている。この変位センサ２１は、アームを有する歪みゲージ式伸び計、静電容量式伸び計やレーザー式変位量測定器などで構成され、この変位センサ２１で検出した変位Ｄは、変位センサ用アンプ２２で増幅され、ついで、変位用加算部３に入力されている。
【００１９】
そして、変位用加算部３は、デジタル制御部１からのアクチュエータ用目標変位Dmと変位センサ２１からの変位Ｄとの差信号Ｄｒを、前述のように調整部４に出力している。この様にして、材料試験片１４に加わる変位Ｄが、デジタル制御部１のアクチュエータ用目標変位Dmに追随する様に、フィードバック制御されている。
【００２０】
また、アクチュエータ１３のピストンに加わる反力Ｒは、ロードセル（Ｌ／Ｃ）などの荷重センサ３１で検出されている。この荷重センサ３１の出力信号である反力Ｒは、荷重センサ用アンプ３２で増幅され、ついで、Ａ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換されて、デジタル制御部１に入力されている。
【００２１】
ついで、デジタル制御部１の詳細なブロックを図２で説明する。
波形発生手段４１は、例えば、地動加速度データがデータサンプル時間間隔で格納された波形テーブルを格納したメモリにより構成されている。そして、試験を行うときには、前記波形テーブルの読み出しアドレスをステップバイステップで計算し、サンプルデータを読み出して地動加速度d2Ｄ0n／dt2 のデータを応答解析演算手段としての応答解析部４２に与えていくようになされている。この応答解析部４２は、荷重センサ３１からの反力Ｒ（この反力Ｒは時々刻々変化するのでサンプリング時点の反力Ｒは反力Rnと表示する。) および波形発生手段４１からの地動加速度d2Ｄ0n／dt2 が入力され、ニューマーク法などの前述した手法に基づいて演算し、試験体１４に与える変位を応答解析時目標変位Ｄｎ+1として算出する。この演算は一定時間毎に行われている。
【００２２】
そして、この応答解析時目標変位Ｄｎ+1は、目標変位記憶部４６、差分算出部４７および判別部４８に入力されている。目標変位記憶部４６は、入力された応答解析時目標変位Ｄｎ+1を記憶するとともに、前回の応答解析時目標変位Ｄｎを差分算出部４７に出力する。差分算出部４７は、入力された応答解析時目標変位Ｄｎ+1と前回の応答解析時目標変位Ｄｎとの差を差分ΔＤとして算出し〔差分演算部４７ａ（図３参照）〕、ついで、この差分ΔＤの大きさ（すなわち、絶対値）が、操作盤などにより予め設定されている最小値ΔＤmin よりも小さいか否かを判定し、小さい場合には、応答解析部４２に演算開始信号を出力する（最小値制限部４７ｂ）。応答解析部４２はこの演算開始信号が入力されると、一定時間が経過するのを待たないで、次の演算を開始する。さらに、差分算出部４７は、この差分ΔＤの大きさが、操作盤などにより予め設定されている最大値ΔＤmax よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、差分ΔＤの大きさを最大値ΔＤmax にして制限する（最大値制限部４７ｃ）。そして、差分算出部４７は、差分ΔＤの大きさが最小値ΔＤmin 以上の場合には、決定された差分ΔＤを目標変位変化速度生成部４９に出力する。目標変位変化速度生成部４９は、差分ΔＤに比例定数Ｊを掛け算し、目標変位変化速度ｄ〔大きさは１クロック（たとえば１００μsec)当たりのビット数で、また、向きは＋または−のフラグで表されている〕を生成し、アクチュエータ用目標変位算出部５１に出力する。差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとは図７（ａ）に図示するような関係となる。アクチュエータ用目標変位算出部５１は、前回のアクチュエータ用目標変位Dm-1に目標変位変化速度ｄを加算して、新しいアクチュエータ用目標変位Dmを算出し、Ｄ／Ａ変換器２を介して変位用加算部３に出力する。アクチュエータ用目標変位Dmは、たとえば目標変位変化速度ｄが１クロック当たり２ビットの場合には、図７（ｂ）に図示するように変化する。
【００２３】
また、アクチュエータ用目標変位Dmは判別部４８にも出力され、判別部４８において、アクチュエータ用目標変位Dmが応答解析時目標変位Ｄｎ+1に達したか否かを判断し、達している場合には、アクチュエータ用目標変位算出部５１に一致信号を出力する。アクチュエータ用目標変位算出部５１は、一致信号が入力されると、アクチュエータ用目標変位Dmを変化させずに、その値を維持する。
【００２４】
スード試験のメインフローは、前述の図５と同じであるが、この実施の形態におけるメインフローのステップ２の詳細は、図６に図示されている。
ステップ１１において、記憶部に記憶されている前回の応答解析時目標変位Ｄｎを読みだし、ステップ１２に行く。なお、応答解析時目標変位Ｄｎの初期値は０にセットされている。ついで、ステップ１２において、今回の応答解析時目標変位Ｄｎ+1と前回の応答解析時目標変位Ｄｎとの差である差分ΔＤを求め、ステップ１３に行く。ステップ１３において、差分ΔＤの大きさが、最小値ΔＤmin よりも小さい場合には、メインフローに戻り、直ちに、メインフローの演算を開始する。一方、差分ΔＤの大きさが、最小値ΔＤmin 以上の場合には、ステップ１４に行く。ステップ１４において、差分ΔＤの大きさが、最大値ΔＤmax よりも大きい場合には、ステップ１５に行き、ステップ１５において、差分ΔＤの大きさを最大値ΔＤmax にして、ステップ１６に行く。一方、差分ΔＤの大きさが、最大値ΔＤmax 以下の場合には、直接、ステップ１６に行く。ステップ１６において、差分ΔＤに比例定数Ｊを掛け算して、目標変位変化速度ｄを求め、ステップ１７に行く。ステップ１７において、前回のアクチュエータ用目標変位Dm-1に目標変位変化速度ｄを加算して、新しいアクチュエータ用目標変位Dmを求め、このアクチュエータ用目標変位DmをＤ／Ａ変換器２を介して変位用加算部３に出力する。そして、ステップ１８に行く。ステップ１８において、アクチュエータ用目標変位Dmが応答解析時目標変位Ｄｎ+1に達したか否かを判定し、達していない場合にはステップ１７に戻り、ステップ１７およびステップ１８を繰り返し、アクチュエータ用目標変位Dmを目標変位変化速度ｄの大きさで増加または減少させる。一方、ステップ１８において、達したと判定された場合には、ステップ１９に行く。ステップ１９において、応答解析時目標変位Ｄｎ+1を、前回の応答解析時目標変位Ｄｎとして記憶部に記憶する。そして、図５に図示するメインフローに戻る。
【００２５】
なお、前述の最小値ΔＤmin の下限は、デジタル制御部１におけるデジタル信号の最小分解能値となる。また、アクチュエータ１３の追随能力には限界があり、かつ、アクチュエータ１３のピストンなどには慣性があるので、目標変位変化速度ｄが大きすぎると、目標値と実際の値とに比較的大きな差が生じたり、また、アクチュエータ１３がオーバーシュートしたりして不安定となる。そのため、差分ΔＤを最大値ΔＤmax 以下にして、目標変位変化速度ｄの大きさを制限している。
【００２６】
前述の様に、この実施の形態では、応答解析部４２の算出する応答解析時目標変位Ｄｎ+1と前回の応答解析時目標変位Ｄｎとの差である差分ΔＤが小さい場合には、アクチュエータ１３に与えるアクチュエータ用目標変位Dmを変更せずに、直ちに、応答解析部４２での次の応答解析の演算を開始している。したがって、試験体１４に与える変位が行き過ぎることを極力防止することができる。また、アクチュエータ用目標変位Dmの変更に要する時間が不要となり、スード試験に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、目標変位変化速度ｄは差分ΔＤに略比例して決定されているので、差分ΔＤの大きさに応じて、適当な目標変位変化速度ｄで試験体１４に変位を与えることができ、スード試験に要する時間を極力短くすることができる。さらに、目標変位変化速度ｄの大きさを制限しているので、アクチュエータ１３がオーバーシュートしたりすることを防止することができる。
【００２８】
なお、最大値ΔＤmax および最小値ΔＤmin は、差分ΔＤに対して設定されているが、差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとは略比例しているので、目標変位変化速度ｄに対して、最大値ΔＤmax や最小値ΔＤmin を設定しても実質的には略同じこととなる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、応答解析時目標変位と前回の応答解析時目標変位との差を差分として算出し、この差分の大きさが、設定されている最小値よりも小さいときには、アクチュエータの目標変位を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限し、差分の大きさが最小値以上の時に、差分に略比例する目標変位変化速度を生成して、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させる。したがって、差分の大きさが小さいときには、アクチュエータの目標変位が変更せず、アクチュエータの目標変位がオーバーすることを極力防止することができる。しかも、差分に略比例する目標変位変化速度を生成し、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させており、差分の大きさに応じて、適当な目標変位変化速度で試験体に変位を与えることができ、スード試験に要する時間を極力短くすることができる。さらに、差分の大きさ、すなわち目標変位変化速度の大きさを制限しているので、アクチュエータの速度が速くなりすぎてオーバーシュートすることを極力防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のスード試験装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は図１のブロック図のデジタル制御部の拡大図である。
【図３】図３は差分算出部の詳細図である。
【図４】図４はスード試験方法を説明するための図である。
【図５】図５はニューマーク法を用いたスード試験における処理のフローチャートである。
【図６】図６はアクチュエータを作動させる際のフローチャートである。
【図７】図７はアクチュエータへの出力の説明図で、（ａ）が差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとの関係を示す図、（ｂ）がアクチュエータ用目標変位の変化の図である。
【図８】図８は従来のスード試験装置の作動を説明する図である。
【図９】図９は試験体に与える変位の変化状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ 変位
ΔＤ 差分
ΔＤmin 最小値
ΔＤmax 最大値
Dm アクチュエータ用目標変位
Dn 応答解析時目標変位
ｄ 目標変位変化速度
Ｒ 反力
１３ アクチュエータ
１４ 試験体
３１ 荷重センサ
４１ 波形発生手段
４２ 応答解析部（応答解析演算手段）
４７ 差分算出部（差分算出手段）
４９ 目標変位変化速度生成部（目標変位変化速度生成手段）
５１ アクチュエータ用目標変位算出部（アクチュエータ用目標変位生成手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の地震時などにおける挙動を調べるスード試験方法およびスード試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の地震時における挙動を調べるためなど地動加速度による応答試験を行うとき、実物建造物をそのまま大型振動試験台に設置して台面上の加速度波を地動加速度波（Accelerated Wave：ＡＣＣ波）と同一になるよう制御する方法が考えられる。この場合には、図４の（ａ）に模式的に示すように、振動台上に試験体を載置し、アクチュエータに地動加速度波を入力して振動台を駆動する。
しかしながら、この方法は、次のような理由により技術上実用化は困難である。
（１）正確に地動加速度波（ＡＣＣ波）を振動台上で再現することは困難である。ＡＣＣ波を忠実に再現するためには、繰り返し行うことが必要となるが、最初の１回でＡＣＣ波を再現しないと試験体を何度も破損することとなってしまい、非常に高コストとなってしまう。
（２）振動台装置が巨大なものとなってしまう。何１０〜１００トンもの質量が存在する場合や高層ビルディングになると、実際上、振動台は製作不能である。
（３）地震波の継続時間と同じ短時間の試験となり、試験体の疲労過程や破壊過程を目視で観測することが困難である。
【０００３】
そこで、低コストの手法として注目されているのが、地震時における構造物の挙動を静的実験装置でシミュレートするスードダイナミック試験方法（Pseudodynamic Test Method 、以下、単に「スード試験方法」という）である。これは、ハイブリッド試験方法、仮想試験方法あるいはオンライン実物地震応答システムなどとも呼ばれている。この試験方法は、構造物を質点と柱等の剛性に相当するバネ定数とからなる質点モデルに置き換えて、このモデルの運動方程式を解くことにより求めた応答値を用いる方法である。
以下、建物をその中に分散する質量を１点に集中するとした質量Ｍと柱の水平剛性に相当するバネ定数Ｋからなる１質点モデルに置き換えた場合を例にとって説明する。
【０００４】
図４の（ｂ）は、前記図４の（ａ）をモデル化して示した図である。この図において、地動加速度波（ＡＣＣ波）により、地面（振動台面）がｘだけ変位し、それに伴い、質点Ｍがｙだけ変位する。
ここで、前記質点Ｍの地面に対する相対変位をＤ（＝ｙ−ｘ）とおくと、図４の（ｃ）に示すモデルとなる。このモデルのバランス式は次の式（１）により表される。
【数１】
【０００５】
また、この質点系の固有振動周波数ｆo は次の式（２）により表される。
【数２】
【０００６】
スード試験方法はこのことを利用した手法であり、前記バネ定数Ｋの値をリアルタイムで実測しながら前記式（１）を解くことにより質点の相対変位Ｄを求め、構造物である試験体に対し、該算出した相対変位ＤをアクチュエータＡＣＴにより与えるようにして地震などの加速度波に対する試験体の挙動を測定する試験方法である。図４の（ｄ）は、このスード試験方法の様子を模式的に示す図であり、アクチュエータＡＣＴにより、試験体を加力している。また、ロードセル（Ｌ／Ｃ）により試験体に発生する反力を計測している。
【０００７】
このようなスード試験において、地動加速度（d2Ｄｏ/dt2) を示すＡＣＣ波形が不規則な波形であるため、前記式（１）を解くために、全区間を微小な時間Δｔ［sec ］に区切り、所定の仮定に基づきΔｔ内で逐次積分を行い、Δｔ秒後の応答値を求める、すなわち、Δｔ秒後の応答値を現時刻の応答値の関数とするという過程を、地震応答時間だけ繰り返し行い前記応答値を求めるという近似的解法が採用されている。この手法は、前記微小な時間きざみ（時間ステップ）Δｔ内に適用する前述した仮定に応じて、次のような種類に分けられる。
（１）中央差分法（Basic Central Difference Method ）
（２）総和型中央差分法（Summed-Form Central Difference Method ）
（３）ニューマーク法（Newmark Explicit Method ）
（４）改良ニューマーク法（Modified Newmark Method ）
実際のハイブリッド試験においては、精度の上から上記（３）と（４）がよく用いられている。
【０００８】
代表的に用いられている（３）ニューマーク法を例にとって説明する。
ニューマーク法は、第ｎ番目の時間ステップのデータＤｎと第（ｎ＋１）番目の時間ステップのデータＤｎ+1の関係を用いて微分を行なうものであり、変位Ｄｎ+1、変位Ｄｎ+1の１階微分(dＤｎ+1/dt ）および２階微分（d2Ｄｎ+1/dt2) は、それぞれ、次の式（３）〜式（５）のように表わされる。
【数３】
【０００９】
図５に、このニューマーク法の処理フローチャートを示す。
まず、ステップ１において、前時間ステップの応答変位である応答解析時目標変位Ｄｎより、前記式（３）に基づき、この時間ステップの応答解析時目標変位Ｄｎ+1を求める。なお、試験の開始時においては、Ｄ0 ＝０とされている。
次に、ステップ２に進み、前記ステップ１において算出した応答変位Ｄｎ+1に基づき、アクチュエータで試験体を加振する。
該ステップ２の結果試験体に発生する反力（復元力）Ｒｎ+1を荷重センサにより計測し、読み込む（ステップ３）。
そして、該計測したＲｎ+1および加速度入力値d2Ｄon+1/dt2を前記式（４）に代入して、応答加速度d2Ｄｎ+1/dt2を求める（ステップ４）。
次に、前時間ステップの応答速度 dＤｎ/dt 、応答加速度d2Ｄｎ/dt2および前記ステップ４において算出されたこの時間ステップの応答加速度d2Ｄｎ+1/dt2に基づき、前記式（５）より、この時間ステップの応答速度 dＤｎ+1/dt を求める（ステップ５）。
そして、この時間ステップにおいて求めた応答変位Ｄｎ+1、応答速度 dＤｎ+1/dt および応答加速度d2Ｄｎ+1/dt2を前時間ステップのものとし（ステップ６）、前記ステップ１に戻り、ステップ１〜ステップ６を繰り返し実行する。
【００１０】
このようにスード試験方法においては、地震時に計測された加速度データ（ＡＣＣ波形データ）を前記式（１）の運動方程式に入力し、バネ定数Ｋの値（上述した例においては、反力Ｒ（＝Ｋ・Ｄ））のみリアルタイムで実測して、前記運動方程式をリアルタイムで解きながら、式の出力として得られる相対変位ＤとなるようにアクチュエータＡＣＴで構造物の質点部に加力する。なお、上述した（１）、（２）および（４）の方法においても、用いる式が異なるだけで、同様に反力を実測しながら相対変位Ｄを求めている。
このようなスード試験方法によれば、運動方程式のパラメータに予め入力しておくのは、質量Ｍと減衰定数Ｃであり、バネ定数Ｋはリアルタイムの実測値を使用する。このため、質量Ｍを式内に置くため実物の質量部を除くことができ、そのため柱などの構造体のみを対象に静的に試験することができるという特徴がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５のステップ２において、求めた目標変位Ｄｎ+1で試験体をアクチュエータにより加振する際には、アクチュエータの変位すなわち試験体に加わる変位が、目標変位Ｄｎ+1になればよい（試験は波形の再現ではなく、レベル再現である）ので、アクチュエータの変位を、一定の大きさ〔１クロック（たとえば１００μsec)当たりのビット数で決定されている〕の変化速度Ｖで増減させ、そして、目標変位Ｄｎ+1に達したか否かを判断して、達したと判断すると、変位の増減を停止している。また、アクチュエータの変位の変化速度の向きは、たとえば、アクチュエータのピストンの伸びる側を＋とすると、引っ込む側が−となっている。そして、この変化速度Ｖの向きは、前時間ステップの応答速度 dＤｎ/dt の向きで決定されている。応答速度 dＤｎ/dt の向きを示すフラグが＋である（応答速度 dＤｎ/dt が０以上の時にフラグは＋となる）と、変化速度Ｖの向きも＋にし、一方、応答速度 dＤｎ/dt の向きを示すフラグが−であると、変化速度Ｖの向きも−にしている。すなわち、図８（ｂ）に図示するようなＡＣＣ波を試験体に加え、各点P1,P2,P3,P4 において、アクチュエータで試験体に変位a1,a2,a3,a4 を与える際には、図８（ａ）に図示するように、変位は、一定の大きさの変化速度Ｖすなわち一定勾配で増加または減少して、目標変位a1,a2,a3,a4 となっている。
【００１２】
図８に図示する事例では、変位は順次増大しているが、図９に図示するように、点P3における変位a3と点P4における変位a4とが略同じ場合がある。この様な場合では、点P3から点P4に行く際に、点P3における応答速度 dＤｎ/dt の向きのフラグは＋であるので、＋の向きで、かつ、一定の大きさの変化速度Ｖが加算され、a3＋Ｖとなる。したがって、点P3における変位a3と点P4における変位a4との差分が、変化速度Ｖの大きさよりも小さいと、目標変位に達したか否かを判断する際には、目標変位a4を既にオーバーすることになる。
【００１３】
この様に、一定の大きさの変化速度Ｖで変位を増減すると、目標変位との間に微視的な誤差が生じることがある。そして、スード試験の運動方程式は、時々刻々の積分値として変位解を得ており、この様な微視的な誤差の発生は、時々刻々演算される積分解に大きな影響を与える。なお、変位の変化速度Ｖの大きさを極く小さくすることも考えられるが、アクチュエータの作動速度が遅くなり、スード試験に要する時間が長くなる。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、より正確な目標変位を試験体に与えることができるスード試験方法およびスード試験装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のスード試験方法は、波形発生手段（４１）から入力される加速度波形、および、試験体（１４）に発生する反力（Ｒ）を検出する荷重センサ（３１）の出力に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する変位（Ｄ）を応答解析演算手段（４２）により応答解析時目標変位（Dn+1）として算出し、この応答解析時目標変位に基づいてアクチュエータ（１３）を制御して前記試験体に変位を与える。そして、応答解析演算手段が算出した応答解析時目標変位と前回の応答解析時目標変位との差を差分（ΔＤ）として算出し、この差分の大きさが、設定されている最小値（ΔＤmin ）よりも小さいときには、前記アクチュエータの目標変位（Dm）を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値（ΔＤmax ）よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限し、差分の大きさが最小値以上の時に、差分に略比例する目標変位変化速度（ｄ）を生成して、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させる。
【００１６】
本発明のスード試験装置は、加速度波形を発生する波形発生手段と、試験体に発生する反力を測定する荷重センサと、前記波形発生手段の出力、および、前記荷重センサの検出した反力に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する変位を応答解析時目標変位として算出する応答解析演算手段と、前記応答解析時目標変位に基づいて前記試験体に変位を与えるアクチュエータとを備える。そして、応答解析演算手段が算出した応答解析時目標変位と前回の応答解析時目標変位との差を差分として算出するとともに、この差分の大きさが、設定されている最小値よりも小さいときには、目標変位変化速度生成部に出力しないでアクチュエータの目標変位を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限して目標変位変化速度生成部（４９）に出力する差分算出手段（４７）と、この差分算出手段からの差分に略比例する目標変位変化速度を生成する目標変位変化速度生成手段と、アクチュエータの目標変位を前記目標変位変化速度で変化させるアクチュエータ用目標変位生成手段（５１）とを備えており、アクチュエータはアクチュエータ用目標変位生成手段からの目標変位に追随するように試験体に変位を与える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明におけるスード試験装置の実施の一形態を説明する。図１は本発明のスード試験装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。図２は図１のブロック図のデジタル制御部の拡大図である。図３は差分算出部の詳細図である。図４はスード試験方法を説明するための図である。図５はニューマーク法を用いたスード試験における処理のフローチャートである。図６はアクチュエータを作動させる際のフローチャートである。図７はアクチュエータへの出力の説明図で、（ａ）が差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとの関係を示す図、（ｂ）がアクチュエータ用目標変位の変化の図である。なお、図７（ａ）においては、差分ΔＤが正の部分のみが図示されている。また、デジタル制御部１は、マイコンやパソコンなどで構成され、ソフトウェアで作動しているが、図２では、複数のブロックとして図示している。
【００１８】
まず始めに、図１でスード試験装置の全体構成を説明する。詳細は後述するデジタル制御部１はマイコンやパソコンなどからなり、このデジタル制御部１は、アクチュエータ用目標変位Dmを出力している。このアクチュエータ用目標変位Dmは、Ｄ／Ａ変換器２でＤ／Ａ変換されて、変位用加算部３に出力されている。一方、変位用加算部３の出力Ｄｒは、変位用調整部４を介して比例・微分・積分（ＰＩＤ）および増幅され、油圧アクチュエータ（ＡＣＴ）１３のサーボバルブ（Ｓ／Ｖ）１２に入力されている。アクチュエータ１３のピストンは、伸びたり、引っ込んだりして、試験体１４に変位を与える。なお、この明細書においては、ピストンの伸びる方向を＋にし、引っ込む方向を−にしている。そして、アクチュエータ１３のピストンの変位（すなわち、試験体１４の変位）Ｄは、変位センサ２１で検出されている。この変位センサ２１は、アームを有する歪みゲージ式伸び計、静電容量式伸び計やレーザー式変位量測定器などで構成され、この変位センサ２１で検出した変位Ｄは、変位センサ用アンプ２２で増幅され、ついで、変位用加算部３に入力されている。
【００１９】
そして、変位用加算部３は、デジタル制御部１からのアクチュエータ用目標変位Dmと変位センサ２１からの変位Ｄとの差信号Ｄｒを、前述のように調整部４に出力している。この様にして、材料試験片１４に加わる変位Ｄが、デジタル制御部１のアクチュエータ用目標変位Dmに追随する様に、フィードバック制御されている。
【００２０】
また、アクチュエータ１３のピストンに加わる反力Ｒは、ロードセル（Ｌ／Ｃ）などの荷重センサ３１で検出されている。この荷重センサ３１の出力信号である反力Ｒは、荷重センサ用アンプ３２で増幅され、ついで、Ａ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換されて、デジタル制御部１に入力されている。
【００２１】
ついで、デジタル制御部１の詳細なブロックを図２で説明する。
波形発生手段４１は、例えば、地動加速度データがデータサンプル時間間隔で格納された波形テーブルを格納したメモリにより構成されている。そして、試験を行うときには、前記波形テーブルの読み出しアドレスをステップバイステップで計算し、サンプルデータを読み出して地動加速度d2Ｄ0n／dt2 のデータを応答解析演算手段としての応答解析部４２に与えていくようになされている。この応答解析部４２は、荷重センサ３１からの反力Ｒ（この反力Ｒは時々刻々変化するのでサンプリング時点の反力Ｒは反力Rnと表示する。) および波形発生手段４１からの地動加速度d2Ｄ0n／dt2 が入力され、ニューマーク法などの前述した手法に基づいて演算し、試験体１４に与える変位を応答解析時目標変位Ｄｎ+1として算出する。この演算は一定時間毎に行われている。
【００２２】
そして、この応答解析時目標変位Ｄｎ+1は、目標変位記憶部４６、差分算出部４７および判別部４８に入力されている。目標変位記憶部４６は、入力された応答解析時目標変位Ｄｎ+1を記憶するとともに、前回の応答解析時目標変位Ｄｎを差分算出部４７に出力する。差分算出部４７は、入力された応答解析時目標変位Ｄｎ+1と前回の応答解析時目標変位Ｄｎとの差を差分ΔＤとして算出し〔差分演算部４７ａ（図３参照）〕、ついで、この差分ΔＤの大きさ（すなわち、絶対値）が、操作盤などにより予め設定されている最小値ΔＤmin よりも小さいか否かを判定し、小さい場合には、応答解析部４２に演算開始信号を出力する（最小値制限部４７ｂ）。応答解析部４２はこの演算開始信号が入力されると、一定時間が経過するのを待たないで、次の演算を開始する。さらに、差分算出部４７は、この差分ΔＤの大きさが、操作盤などにより予め設定されている最大値ΔＤmax よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、差分ΔＤの大きさを最大値ΔＤmax にして制限する（最大値制限部４７ｃ）。そして、差分算出部４７は、差分ΔＤの大きさが最小値ΔＤmin 以上の場合には、決定された差分ΔＤを目標変位変化速度生成部４９に出力する。目標変位変化速度生成部４９は、差分ΔＤに比例定数Ｊを掛け算し、目標変位変化速度ｄ〔大きさは１クロック（たとえば１００μsec)当たりのビット数で、また、向きは＋または−のフラグで表されている〕を生成し、アクチュエータ用目標変位算出部５１に出力する。差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとは図７（ａ）に図示するような関係となる。アクチュエータ用目標変位算出部５１は、前回のアクチュエータ用目標変位Dm-1に目標変位変化速度ｄを加算して、新しいアクチュエータ用目標変位Dmを算出し、Ｄ／Ａ変換器２を介して変位用加算部３に出力する。アクチュエータ用目標変位Dmは、たとえば目標変位変化速度ｄが１クロック当たり２ビットの場合には、図７（ｂ）に図示するように変化する。
【００２３】
また、アクチュエータ用目標変位Dmは判別部４８にも出力され、判別部４８において、アクチュエータ用目標変位Dmが応答解析時目標変位Ｄｎ+1に達したか否かを判断し、達している場合には、アクチュエータ用目標変位算出部５１に一致信号を出力する。アクチュエータ用目標変位算出部５１は、一致信号が入力されると、アクチュエータ用目標変位Dmを変化させずに、その値を維持する。
【００２４】
スード試験のメインフローは、前述の図５と同じであるが、この実施の形態におけるメインフローのステップ２の詳細は、図６に図示されている。
ステップ１１において、記憶部に記憶されている前回の応答解析時目標変位Ｄｎを読みだし、ステップ１２に行く。なお、応答解析時目標変位Ｄｎの初期値は０にセットされている。ついで、ステップ１２において、今回の応答解析時目標変位Ｄｎ+1と前回の応答解析時目標変位Ｄｎとの差である差分ΔＤを求め、ステップ１３に行く。ステップ１３において、差分ΔＤの大きさが、最小値ΔＤmin よりも小さい場合には、メインフローに戻り、直ちに、メインフローの演算を開始する。一方、差分ΔＤの大きさが、最小値ΔＤmin 以上の場合には、ステップ１４に行く。ステップ１４において、差分ΔＤの大きさが、最大値ΔＤmax よりも大きい場合には、ステップ１５に行き、ステップ１５において、差分ΔＤの大きさを最大値ΔＤmax にして、ステップ１６に行く。一方、差分ΔＤの大きさが、最大値ΔＤmax 以下の場合には、直接、ステップ１６に行く。ステップ１６において、差分ΔＤに比例定数Ｊを掛け算して、目標変位変化速度ｄを求め、ステップ１７に行く。ステップ１７において、前回のアクチュエータ用目標変位Dm-1に目標変位変化速度ｄを加算して、新しいアクチュエータ用目標変位Dmを求め、このアクチュエータ用目標変位DmをＤ／Ａ変換器２を介して変位用加算部３に出力する。そして、ステップ１８に行く。ステップ１８において、アクチュエータ用目標変位Dmが応答解析時目標変位Ｄｎ+1に達したか否かを判定し、達していない場合にはステップ１７に戻り、ステップ１７およびステップ１８を繰り返し、アクチュエータ用目標変位Dmを目標変位変化速度ｄの大きさで増加または減少させる。一方、ステップ１８において、達したと判定された場合には、ステップ１９に行く。ステップ１９において、応答解析時目標変位Ｄｎ+1を、前回の応答解析時目標変位Ｄｎとして記憶部に記憶する。そして、図５に図示するメインフローに戻る。
【００２５】
なお、前述の最小値ΔＤmin の下限は、デジタル制御部１におけるデジタル信号の最小分解能値となる。また、アクチュエータ１３の追随能力には限界があり、かつ、アクチュエータ１３のピストンなどには慣性があるので、目標変位変化速度ｄが大きすぎると、目標値と実際の値とに比較的大きな差が生じたり、また、アクチュエータ１３がオーバーシュートしたりして不安定となる。そのため、差分ΔＤを最大値ΔＤmax 以下にして、目標変位変化速度ｄの大きさを制限している。
【００２６】
前述の様に、この実施の形態では、応答解析部４２の算出する応答解析時目標変位Ｄｎ+1と前回の応答解析時目標変位Ｄｎとの差である差分ΔＤが小さい場合には、アクチュエータ１３に与えるアクチュエータ用目標変位Dmを変更せずに、直ちに、応答解析部４２での次の応答解析の演算を開始している。したがって、試験体１４に与える変位が行き過ぎることを極力防止することができる。また、アクチュエータ用目標変位Dmの変更に要する時間が不要となり、スード試験に要する時間を短縮することができる。
【００２７】
また、目標変位変化速度ｄは差分ΔＤに略比例して決定されているので、差分ΔＤの大きさに応じて、適当な目標変位変化速度ｄで試験体１４に変位を与えることができ、スード試験に要する時間を極力短くすることができる。さらに、目標変位変化速度ｄの大きさを制限しているので、アクチュエータ１３がオーバーシュートしたりすることを防止することができる。
【００２８】
なお、最大値ΔＤmax および最小値ΔＤmin は、差分ΔＤに対して設定されているが、差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとは略比例しているので、目標変位変化速度ｄに対して、最大値ΔＤmax や最小値ΔＤmin を設定しても実質的には略同じこととなる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、応答解析時目標変位と前回の応答解析時目標変位との差を差分として算出し、この差分の大きさが、設定されている最小値よりも小さいときには、アクチュエータの目標変位を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限し、差分の大きさが最小値以上の時に、差分に略比例する目標変位変化速度を生成して、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させる。したがって、差分の大きさが小さいときには、アクチュエータの目標変位が変更せず、アクチュエータの目標変位がオーバーすることを極力防止することができる。しかも、差分に略比例する目標変位変化速度を生成し、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させており、差分の大きさに応じて、適当な目標変位変化速度で試験体に変位を与えることができ、スード試験に要する時間を極力短くすることができる。さらに、差分の大きさ、すなわち目標変位変化速度の大きさを制限しているので、アクチュエータの速度が速くなりすぎてオーバーシュートすることを極力防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明のスード試験装置の実施の一形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は図１のブロック図のデジタル制御部の拡大図である。
【図３】図３は差分算出部の詳細図である。
【図４】図４はスード試験方法を説明するための図である。
【図５】図５はニューマーク法を用いたスード試験における処理のフローチャートである。
【図６】図６はアクチュエータを作動させる際のフローチャートである。
【図７】図７はアクチュエータへの出力の説明図で、（ａ）が差分ΔＤと目標変位変化速度ｄとの関係を示す図、（ｂ）がアクチュエータ用目標変位の変化の図である。
【図８】図８は従来のスード試験装置の作動を説明する図である。
【図９】図９は試験体に与える変位の変化状態を示す図である。
【符号の説明】
Ｄ 変位
ΔＤ 差分
ΔＤmin 最小値
ΔＤmax 最大値
Dm アクチュエータ用目標変位
Dn 応答解析時目標変位
ｄ 目標変位変化速度
Ｒ 反力
１３ アクチュエータ
１４ 試験体
３１ 荷重センサ
４１ 波形発生手段
４２ 応答解析部（応答解析演算手段）
４７ 差分算出部（差分算出手段）
４９ 目標変位変化速度生成部（目標変位変化速度生成手段）
５１ アクチュエータ用目標変位算出部（アクチュエータ用目標変位生成手段）
Claims (2)
- 波形発生手段から入力される加速度波形、および、試験体に発生する反力を検出する荷重センサの出力に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する変位を応答解析演算手段により応答解析時目標変位として算出し、この応答解析時目標変位に基づいてアクチュエータを制御して前記試験体に変位を与えるスード試験方法であって、
前記応答解析演算手段が算出した応答解析時目標変位と、前回の応答解析時目標変位との差を差分として算出し、
この差分の大きさが、設定されている最小値よりも小さいときには、前記アクチュエータの目標変位を変更せず、
一方、差分の大きさが、設定されている最大値よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限し、
前記差分の大きさが最小値以上の時に、差分に略比例する目標変位変化速度を生成して、アクチュエータの目標変位をこの目標変位変化速度で変化させることを特徴とするスード試験方法。 - 加速度波形を発生する波形発生手段と、試験体に発生する反力を測定する荷重センサと、前記波形発生手段の出力、および、前記荷重センサの検出した反力に基づいて、所定の時間ステップごとに試験体に負荷する変位を応答解析時目標変位として算出する応答解析演算手段と、前記応答解析時目標変位に基づいて前記試験体に変位を与えるアクチュエータとを備えるスード試験装置において、
前記応答解析演算手段が算出した応答解析時目標変位と、前回の応答解析時目標変位との差を差分として算出するとともに、この差分の大きさが、設定されている最小値よりも小さいときには、目標変位変化速度生成部に出力しないでアクチュエータの目標変位を変更せず、一方、差分の大きさが、設定されている最大値よりも大きいときには、差分の大きさを前記最大値に制限して目標変位変化速度生成部に出力する差分算出手段と、
この差分算出手段からの差分に略比例する目標変位変化速度を生成する目標変位変化速度生成手段と、
アクチュエータの目標変位を前記目標変位変化速度で変化させるアクチュエータ用目標変位生成手段とを備えており、
アクチュエータはアクチュエータ用目標変位生成手段からの目標変位に追随するように試験体に変位を与えることを特徴とするスード試験装置。
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