Prove d'urto meccanico e misura dello shock

Che cos’è la prova di resistenza agli urti meccanici?

La prova di resistenza agli urti meccanici sottopone un prodotto a un'accelerazione transitoria controllata e ne misura la risposta. L'obiettivo è la qualificazione: dimostrare che un componente resiste agli urti a cui sarà sottoposto durante l'uso, oppure individuare il livello oltre il quale non è più in grado di resistere.

Si tratta della controparte dei test di vibrazione, piuttosto che di una loro variante. La vibrazione è un fenomeno prolungato e ripetitivo, e il danno si accumula nel corso di ore di esposizione. L’urto è un singolo evento transitorio, e il danno si verifica in millisecondi. I programmi di prova di urto e vibrazione prevedono solitamente l’esecuzione di entrambe le prove, poiché un prodotto può superare una e fallire l’altra — ma i requisiti di misurazione sono diversi. La vibrazione richiede una gamma dinamica su registrazioni di lunga durata; l’urto richiede larghezza di banda e margine dinamico in un intervallo di pochi millisecondi.

Impulsi d'urto classici

Le prove di urto più semplici utilizzano una forma d’impulso definita: un impulso a semisinusoidale, a haversino, a dente di sega con picco terminale o trapezoidale, specificato come livello di picco in g su una data durata in millisecondi. Un impulso d’urto classico è ripetibile, facile da specificare e da verificare; ecco perché la maggior parte delle norme relative alle apparecchiature si basa su di esso. Un impulso d’urto a semisinusoidale a 50 g per 11 ms è un requisito tipico per le prove di caduta durante il trasporto.

Transitori complessi

Lo shock pirotecnico, lo shock balistico e l’esplosione subacquea non sono descrivibili come una forma d’impulso. Sono caratterizzati da una risposta strutturale ad alta frequenza, variano ogni volta e due eventi con lo stesso valore di picco di g possono causare danni completamente diversi. Questi sono specificati come un spettro di risposta agli urti anziché — una curva che rappresenta il potenziale di danno in funzione della frequenza, anziché un singolo valore.

Cosa si misura in una prova di urto

• Accelerazione è la misura principale, effettuata con accelerometri montati nei punti in cui l'urto entra nella struttura e sui componenti di interesse. Il montaggio è più importante qui che in qualsiasi altra fase delle prove dinamiche: una risonanza nel supporto si manifesta come segnale e, una volta presente nei dati, non può essere separata.

• Pressione viene misurata insieme all'accelerazione in caso di esplosioni, impatti balistici e urti subacquei, dove il meccanismo di carico è costituito dall'onda di pressione anziché da un contatto meccanico.

• Deformazione e forza mostrano come lo shock si trasmette alla struttura e costituiscono il collegamento tra un evento misurato e un’analisi di fatica o di rottura.

• Video ad alta velocità, in sincronia con i dati, è ciò che trasforma un risultato inaspettato in una spiegazione: un dispositivo che scivola, un cavo che sferza, un componente che entra in contatto con qualcosa con cui non dovrebbe.

Tutti questi dati vengono registrati su un'unica scala temporale nei sistemi Dewesoft, ed è proprio questo che permette di affermare che un picco di deformazione, un fotogramma video e un picco di accelerazione appartengono allo stesso istante.

Apparecchiature per prove di urto

Acquisizione dati ad alta velocità per urti ad alta frequenza

SIRIUS® XHS copre i transienti più rapidi — shock termico, eventi balistici, esplosioni — in cui l’energia supera di gran lunga la larghezza di banda dei sistemi di acquisizione dati (DAQ) convenzionali. Campiona fino a 15 MS/s per canale con una larghezza di banda fino a 5 MHz, e il suo HybridADC offre una scelta per ogni misurazione: una modalità ad alta larghezza di banda quando ciò che conta è il picco, oppure un’acquisizione priva di alias fino a 2 MS/s quando è necessaria la gamma dinamica per risolvere una piccola risposta sovrapposta a un evento di grandi dimensioni.

SIRIUS® XR è lo stesso front-end su larga scala. I grandi programmi di prove di urto raramente richiedono una larghezza di banda estrema su ogni canale: solo alcuni punti si trovano direttamente sul percorso dell’urto e necessitano di tutta la potenza che l’XHS può offrire, mentre gli accelerometri di deformazione, pressione e secondari funzionano bene a frequenze inferiori. XR combina i moduli XHS e SIRIUS® X in un unico rack da 19 pollici: fino a 288 canali analogici nell’XR9, di cui fino a 72 possono essere canali XHS ad alta velocità, e fino a 160 nell’XR5. Entrambe le tipologie di canali condividono un’unica base temporale, anziché funzionare come due sistemi che devono essere allineati in un secondo momento; inoltre, i rack possono essere collegati in cascata o a stella quando uno solo non è sufficiente.

Il telaio XR è progettato per sopportare urti fino a 75 g: è bene tenerlo presente quando il sistema DAQ viene montato sulla struttura sottoposta a prova o nelle sue vicinanze, anziché in un punto sicuro dall'altra parte della stanza.

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Sistemi modulari per programmi di allenamento con carichi misti

SIRIUS® Modulare e SIRIUS® Mini gestisce i test di caduta, impatto e trasporto che costituiscono la maggior parte delle prove di resistenza agli urti, con il condizionamento della carica e dell’IEPE sullo stesso telaio di quello della deformazione, della pressione e della tensione. Il numero di canali varia da pochi a diverse centinaia senza necessità di modificare il software.

Sistemi distribuiti per grandi strutture

L'urto su una struttura di grandi dimensioni — una cellula in scala reale, una sezione di nave, un ponte, un veicolo di lancio — si verifica su una lunghezza di decine di metri. Il collegamento tramite cavi analogici da ogni accelerometro a un rack centrale comporta lunghe distanze, la captazione di rumore lungo tali tratti e un elevato utilizzo di rame.

SIRIUS® X e IOLITE® X Posizionare invece il digitalizzatore accanto al sensore. Le unità vengono collegate in cascata tramite un unico cavo Ethernet che trasporta contemporaneamente alimentazione, dati e sincronizzazione, utilizzando la tecnologia PoE e la sincronizzazione PTPv2, in modo che dall’area di misurazione esca un solo cavo anziché centinaia. SIRIUS X accetta fino a 32 ingressi analogici per dispositivo, con un convertitore delta-sigma a 24 bit e un filtro anti-aliasing su ogni ingresso. IOLITE X è privo di ventola e funziona a temperature comprese tra −40 °C e +70 °C.

Poiché la sincronizzazione viaggia insieme ai dati, i canali situati alle estremità opposte della struttura rimangono su un’unica base temporale — ed è proprio questo che consente di seguire l’onda d’urto mentre si propaga attraverso la struttura, anziché limitarsi a registrare separatamente il suo arrivo in ciascun punto.

Misurazione robusta e distribuita

KRYPTON® I moduli sono classificati IP67 e vengono posizionati direttamente sul campione in prova anziché in un rack: su un veicolo, su una pista di prova, all’aperto, esposti alle intemperie.

SIRIUS® Impermeabile Va oltre per gli ambienti più difficili in termini di urti: IP67, un intervallo di funzionamento compreso tra −40 °C e +60 °C e progettato per resistere a urti da 100 g e vibrazioni da 100 g, con una frequenza di campionamento di 200 kHz per canale. Tensione, IEPE, ponte, RTD e resistenza sono supportati nativamente, mentre carica, termocoppia, corrente e LVDT sono disponibili tramite adattatori DSI. Quando la misurazione avviene al freddo, in presenza di polvere, fango o pioggia — o quando il sistema di acquisizione dati (DAQ) è destinato a subire parte delle sollecitazioni che sta misurando — questo è il dispositivo che resiste.

Video sincronizzato per prove di urto

Una misurazione degli urti ti dice cosa è successo. Il video te lo mostra perché — un elemento di fissaggio che scivola, un cavo che sferza, un componente che entra in contatto con qualcosa con cui non dovrebbe. Dewesoft integra le telecamere nello stesso sistema di acquisizione dei dati, in modo che i fotogrammi e i campioni condividano un’unica base temporale e sia possibile scorrere contemporaneamente il video e la curva SRS.

Video ad alta velocità

DS-CAM, la gamma di telecamere GigE Vision di Dewesoft, registra a 2048 × 1536 px a 37 FPS, con frequenze di fotogrammi fino a 6400 FPS a risoluzione ridotta. Sono disponibili versioni a colori e monocromatiche, entrambe dotate di otturatore globale. Più telecamere DS-CAM si sincronizzano tra loro tramite uno switch compatibile con PTP.

Per le gare più veloci, Photron e Phantom Le telecamere ad altissima velocità si collegano tramite plugin dedicati, raggiungendo da migliaia a milioni di fotogrammi al secondo a seconda della risoluzione, e rimangono perfettamente sincronizzate con i canali analogici e digitali di DewesoftX.

Video standard

Per fornire un contesto piuttosto che per analizzare un evento, DS-CAM a frequenze di fotogrammi standard o quasi qualsiasi webcam compatibile con DirectX registrerà i dati in parallelo. La sincronizzazione della webcam è basata su software e ha una precisione di circa 10 ms: adeguata per documentare una configurazione di prova o l'azione di un operatore, ma non per risolvere un evento che dura pochi millisecondi.

Termografia

Telecamere termiche a infrarossi OPTRIS integrare nella stessa acquisizione, aggiungendo la temperatura superficiale alla registrazione. La sincronizzazione è gestita dal software con una frequenza di circa 100 ms, pertanto il video termico documenta lo stato termico intorno a una prova piuttosto che l'evento di urto in sé — utile nei casi in cui le prove di urto siano combinate con il condizionamento termico, o quando un componente si riscalda a seguito di impatti ripetuti.

Scegliere una fotocamera resistente agli urti: Un evento di shock dura pochi millisecondi, quindi solo le opzioni sincronizzate a livello hardware — DS-CAM, Photron, Phantom — consentono di analizzarlo con precisione al fotogramma rispetto ai dati. La sincronizzazione tramite webcam e termica, rispettivamente a circa 10 ms e circa 100 ms, serve a fornire il contesto del test.

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Il ruolo di Dewesoft in una prova di urto

Dewesoft offre il misurazione e analisi Per quanto riguarda i test di urto: acquisizione dell'evento, calcolo dell'SRS e generazione del rapporto sui risultati. Dewesoft non fornisce macchine per prove di urto, torri di caduta o controllori per vibratori, né controlla un vibratore per riprodurre un profilo di urto sintetizzato.

In pratica, ciò significa che i sistemi Dewesoft vengono utilizzati in combinazione con qualsiasi macchina di simulazione di urti, torre di caduta o banco di prova già in vostro possesso, misurando ciò che accade effettivamente sul provino, indipendentemente dal controller che comanda il tavolo. Per gli urti da caduta, gli urti pirotecnici, gli urti balistici, le esplosioni e gli urti da trasporto, dove non è presente alcun controller, il sistema Dewesoft costituisce l’intera catena di misura.