Ensayo de choque mecánico y medición

¿En qué consiste el ensayo de choques mecánicos?

En los ensayos de choque mecánico, se somete a un producto a una aceleración transitoria controlada y se mide cómo responde. El objetivo es la homologación: demostrar que un componente resiste los choques a los que se verá sometido durante su vida útil, o determinar el nivel a partir del cual deja de resistirlos.

Se trata de la contrapartida de los ensayos de vibración, más que de una variante de los mismos. La vibración es sostenida y repetitiva, y el daño se acumula a lo largo de horas de exposición. El impacto es un evento único y transitorio, y el daño se produce en milisegundos. Los programas de ensayos de golpes y vibraciones suelen incluir ambos, ya que un producto puede superar uno y suspender el otro, aunque los requisitos de medición son diferentes. La vibración requiere un rango dinámico en registros prolongados; el golpe exige ancho de banda y margen dinámico en un intervalo de unos pocos milisegundos.

Impulsos de choque clásicos

Los ensayos de choque más sencillos utilizan una forma de pulso definida: un pulso de medio seno, haversino, diente de sierra con pico terminal o trapezoidal, especificado como un nivel de g máximo durante una duración determinada en milisegundos. Un pulso de choque clásico es repetible, fácil de especificar y fácil de verificar, razón por la cual la mayoría de las normas a nivel de equipos se basan en ellos. Un pulso de choque de semisenos a 50 g durante 11 ms es un requisito típico para caídas durante el transporte.

Transitorios complejos

El choque pirotécnico, el choque balístico y la explosión submarina no pueden describirse como una forma de pulso. Están determinados por una respuesta estructural de alta frecuencia, varían en cada ocasión, y dos sucesos con el mismo valor de g máximo pueden provocar daños totalmente diferentes. Estos se especifican como un espectro de respuesta a los choques en cambio, una curva que representa el potencial de daño en función de la frecuencia, en lugar de una sola cifra.

Qué se mide en una prueba de choque

• Aceleración Es la medida principal, que se realiza con acelerómetros instalados en los puntos por donde la sacudida penetra en la estructura y en los componentes de interés. El montaje es más importante aquí que en cualquier otro aspecto de los ensayos dinámicos: una resonancia en el soporte se manifiesta como una señal y, una vez que está presente en los datos, no se puede separar.

• Presión Se mide junto con la aceleración en choques por explosión, balísticos y submarinos, en los que el mecanismo de carga es la onda de presión y no un contacto mecánico.

• Deformación y fuerza muestran cómo se transmite la sacudida a la estructura y son las que vinculan un evento medido con un análisis de fatiga o de fallo.

• Vídeo de alta velocidad, en sincronía con los datos, es lo que convierte un resultado inesperado en una explicación: un accesorio que se desliza, un cable que se mueve bruscamente, un componente que entra en contacto con algo con lo que no debería.

Todos estos datos se registran en una misma escala de tiempo en los sistemas Dewesoft, lo que permite afirmar que un pico de deformación, un fotograma de vídeo y un pico de aceleración corresponden al mismo instante.

Equipos para ensayos de resistencia a los golpes

Sistema de adquisición de datos de alta velocidad para impactos de alta frecuencia

SIRIUS® XHS Cubre los transitorios más rápidos —choques pirotécnicos, eventos balísticos, explosiones— en los que la energía se sitúa muy por encima del ancho de banda de los sistemas de adquisición de datos (DAQ) convencionales. Muestrea a una velocidad de hasta 15 MS/s por canal con un ancho de banda de hasta 5 MHz, y su HybridADC le permite elegir entre dos opciones para cada medición: un modo de alto ancho de banda cuando lo que importa es el pico, o una adquisición sin alias de hasta 2 MS/s cuando se necesita el rango dinámico para resolver una respuesta pequeña superpuesta a un evento de gran magnitud.

SIRIUS® XR es la misma interfaz a gran escala. Los programas de pruebas de choque a gran escala rara vez necesitan un ancho de banda extremo en todos los canales: solo unos pocos puntos se sitúan directamente en la trayectoria del choque y necesitan todo lo que XHS puede ofrecer, mientras que los acelerómetros de deformación, presión y secundarios funcionan perfectamente a frecuencias más bajas. El XR combina módulos XHS y SIRIUS® X en un único rack de 19 pulgadas: hasta 288 canales analógicos en el XR9, de los cuales hasta 72 pueden ser canales XHS de alta velocidad, y hasta 160 en el XR5. Ambos tipos de canales comparten una misma base de tiempo, en lugar de funcionar como dos sistemas que hay que alinear posteriormente, y los racks se conectan en cadena o en estrella cuando uno solo no es suficiente.

El chasis XR tiene una resistencia nominal a las sacudidas de 75 g, algo que conviene tener en cuenta cuando el sistema de adquisición de datos (DAQ) se instala sobre la estructura que se está sometiendo a ensayo o cerca de ella, en lugar de colocarlo a una distancia segura al otro lado de la sala.

Echa un vistazo a todos nuestros sistemas de adquisición de datos de alta velocidad.

Sistemas modulares para programas de entrenamiento de resistencia mixta

SIRIUS® Modular y SIRIUS® Mini Permite realizar las pruebas de caída, impacto y transporte que constituyen la mayor parte del trabajo relacionado con los golpes, con el acondicionamiento de carga e IEPE en el mismo chasis que el de deformación, presión y tensión. El número de canales varía desde unos pocos hasta varios cientos sin necesidad de cambiar de software.

Sistemas distribuidos para grandes estructuras

Las sacudidas en una estructura de grandes dimensiones —un fuselaje a escala real, una sección de barco, un puente o un vehículo de lanzamiento— se producen a lo largo de decenas de metros. Tender un cable analógico desde cada acelerómetro hasta un armario central implica tramos largos, captación de ruido a lo largo de esos tramos y una gran cantidad de cobre.

SIRIUS® X y IOLITE® X En su lugar, coloca el digitalizador junto al sensor. Las unidades se conectan en cadena a través de un único cable Ethernet que transmite simultáneamente alimentación, datos y sincronización, utilizando PoE y sincronización PTPv2, de modo que solo sale un cable de la zona de medición en lugar de cientos. SIRIUS X admite hasta 32 entradas analógicas por dispositivo, con un convertidor delta-sigma de 24 bits y un filtro antialiasing en cada entrada. IOLITE X no lleva ventilador y está homologado para funcionar entre −40 °C y +70 °C.

Dado que la sincronización se transmite junto con los datos, los canales situados en extremos opuestos de la estructura se mantienen en una misma base de tiempo, lo que permite seguir la propagación de una onda de choque a través de una estructura, en lugar de limitarse a registrar su llegada a cada punto por separado.

Medición resistente y distribuida

KRYPTON® Los módulos cuentan con la clasificación IP67 y se colocan directamente en el objeto de ensayo, en lugar de en un bastidor: en un vehículo, en un circuito de pruebas o al aire libre, expuestos a las inclemencias del tiempo.

SIRIUS® Impermeable Va más allá en los entornos con impactos más severos: IP67, un rango de funcionamiento de −40 °C a +60 °C y una resistencia nominal de 100 g de impacto y 100 g de vibración, con una frecuencia de muestreo de 200 kHz por canal. Admite de forma nativa señales de tensión, IEPE, puente, RTD y resistencia, y ofrece compatibilidad con señales de carga, termopar, corriente y LVDT mediante adaptadores DSI. Cuando la medición se realiza en condiciones de frío, polvo, barro o lluvia —o cuando el sistema de adquisición de datos (DAQ) va a recibir parte del impacto que está midiendo—, este es el que resiste.

Vídeo sincronizado para ensayos de impacto

Una medición de la sacudida te dice lo que ha pasado. El vídeo te muestra ¿por qué? — un elemento de fijación que se desliza, un cable que se agita violentamente, un componente que entra en contacto con algo con lo que no debería. Dewesoft integra las cámaras en la misma adquisición que los datos, por lo que los fotogramas y las muestras comparten una misma base de tiempo y se puede desplazar el vídeo y la curva SRS al mismo tiempo.

Vídeo de alta velocidad

DS-CAM, la gama de cámaras GigE Vision de Dewesoft, graba a una resolución de 2048 × 1536 píxeles a 37 FPS, con velocidades de fotogramas de hasta 6400 FPS a resolución reducida. Hay disponibles versiones en color y monocromáticas, ambas con obturador global. Varias cámaras DS-CAM se sincronizan entre sí a través de un conmutador compatible con PTP.

Para las pruebas más rápidas, Photron y Fantasma Las cámaras de velocidad ultrarrápida se conectan mediante complementos específicos, alcanzan desde miles hasta millones de fotogramas por segundo, dependiendo de la resolución, y permanecen totalmente sincronizadas con los canales analógicos y digitales de DewesoftX.

Vídeo estándar

Si se busca un contexto más que un análisis de eventos, DS-CAM a velocidades de fotogramas estándar o casi cualquier cámara web compatible con DirectX grabará junto con los datos. La sincronización de la cámara web se realiza mediante software y tiene una precisión de aproximadamente 10 ms, lo cual es suficiente para documentar una configuración de prueba o la acción de un operador, pero no para resolver un evento que dure unos pocos milisegundos.

Imágenes térmicas

Cámaras térmicas infrarrojas OPTRIS integrarse en la misma adquisición, añadiendo la temperatura superficial al registro. La sincronización se realiza mediante software con una precisión de unos 100 ms, por lo que el vídeo térmico documenta el estado térmico en torno a una prueba, más que el propio evento de impacto; esto resulta útil cuando las pruebas de impacto se combinan con un acondicionamiento térmico, o cuando un componente se calienta tras impactos repetidos.

Elegir una cámara resistente a los golpes: Un evento de choque dura milisegundos, por lo que solo las opciones sincronizadas con el hardware —DS-CAM, Photron, Phantom— permiten resolverlo con precisión de fotograma respecto a los datos. La sincronización con la cámara web y la cámara térmica, de unos 10 ms y unos 100 ms respectivamente, sirven para contextualizar la prueba.

Descubre la adquisición de vídeo de Dewesoft

El papel de Dewesoft en un ensayo de choque

Dewesoft ofrece el medición y análisis En lo que respecta a los ensayos de choque: registro del evento, cálculo del SRS y generación de informes con los resultados. Dewesoft no suministra máquinas de choque, torres de caída ni controladores de vibradores, y no controla ningún vibrador para reproducir un perfil de choque sintetizado.

En la práctica, esto significa que los sistemas Dewesoft se utilizan junto con cualquier máquina de impactos, torre de caída o banco de pruebas que ya tengas, midiendo lo que realmente ocurre en el objeto de ensayo, independientemente del controlador que accione la mesa. En el caso de los impactos por caída, los impactos pirotécnicos, los impactos balísticos, las explosiones y los impactos durante el transporte, en los que no existe ningún controlador, el sistema Dewesoft constituye toda la cadena de medición.