Ensaio de choque mecânico e medição

O que é o ensaio de choque mecânico?

Os ensaios de choque mecânico submetem um produto a uma aceleração transitória controlada e medem a forma como este responde. O objetivo é a qualificação: comprovar que um componente resiste aos choques a que será submetido durante a sua utilização, ou determinar o nível a partir do qual deixa de resistir.

Trata-se da contrapartida dos ensaios de vibração, e não de uma variante dos mesmos. A vibração é sustentada e repetitiva, e os danos acumulam-se ao longo de horas de exposição. O choque é um evento único e transitório, e os danos ocorrem em milissegundos. Os programas de ensaios de choque e vibração normalmente incluem ambos, porque um produto pode passar num e falhar no outro — mas os requisitos de medição são diferentes. A vibração exige uma gama dinâmica ao longo de registos prolongados; o choque exige largura de banda e margem de segurança numa janela com alguns milissegundos de duração.

Impulsos de choque clássicos

Os ensaios de choque mais simples utilizam uma forma de impulso definida: um impulso de meio seno, haversino, dente de serra com pico terminal ou trapezoidal, especificado como um nível de pico em g durante uma determinada duração em milissegundos. Um pulso de choque clássico é repetível, fácil de especificar e fácil de verificar, razão pela qual a maioria das normas ao nível do equipamento se baseia neles. Um pulso de choque de meio seno a 50 g durante 11 ms é um requisito típico para quedas durante o transporte.

Transientes complexos

O choque pirotécnico, o choque balístico e a explosão subaquática não podem ser descritos como uma forma de impulso. São dominados por uma resposta estrutural de alta frequência, variam de caso para caso e dois eventos com o mesmo pico de g podem causar danos totalmente diferentes. Estes são especificados como um espectro de resposta ao choque em vez disso — uma curva que representa o potencial de danos em função da frequência, em vez de um único valor.

O que se mede num ensaio de choque

• Aceleração é a medição principal, efetuada com acelerómetros montados nos pontos onde o choque penetra na estrutura e nos componentes que são objeto de interesse. A montagem é mais importante aqui do que em qualquer outra fase dos ensaios dinâmicos: uma ressonância na montagem manifesta-se como um sinal e, uma vez presente nos dados, não pode ser isolada.

• Pressão é medida juntamente com a aceleração em choques de explosão, balísticos e subaquáticos, em que o mecanismo de carga é a onda de pressão e não um contacto mecânico.

• Deformação e força mostram como o choque é transmitido à estrutura e são o que estabelece a ligação entre um evento medido e uma análise de fadiga ou de falha.

• Vídeo em alta velocidade, em sincronia com os dados, é o que transforma um resultado inesperado numa explicação — um elemento de fixação a soltar-se, um cabo a bater, um componente a entrar em contacto com algo com que não deveria.

Todos estes dados são registados numa única base temporal nos sistemas Dewesoft, o que permite afirmar que um pico de deformação, um fotograma de vídeo e um pico de aceleração correspondem ao mesmo instante.

Equipamento para ensaios de choque

DAQ de alta velocidade para choques de alta frequência

SIRIUS® XHS abrange os transientes mais rápidos — choques pirotécnicos, eventos balísticos, explosões — em que a energia se situa muito acima da largura de banda convencional dos sistemas de aquisição de dados (DAQ). A amostragem atinge os 15 MS/s por canal com largura de banda até 5 MHz, e o seu HybridADC oferece-lhe uma escolha por medição: um modo de alta largura de banda quando o pico é o que importa, ou uma aquisição sem aliasing até 2 MS/s quando precisa da gama dinâmica para resolver uma resposta pequena associada a um evento de grande magnitude.

SIRIUS® XR é a mesma interface frontal em escala. Os grandes programas de ensaio de choque raramente necessitam de largura de banda extrema em todos os canais — alguns pontos situam-se diretamente no percurso do choque e necessitam de toda a capacidade que o XHS pode oferecer, enquanto os acelerómetros de deformação, pressão e secundários são bem servidos a taxas mais baixas. O XR combina módulos XHS e SIRIUS® X num único rack de 19 polegadas: até 288 canais analógicos no XR9, dos quais até 72 podem ser canais XHS de alta velocidade, e até 160 no XR5. Ambos os tipos de canais partilham uma única base de tempo, em vez de funcionarem como dois sistemas que têm de ser alinhados posteriormente, e os racks podem ser ligados em cadeia ou em estrela quando um único não for suficiente.

O próprio chassis XR tem uma capacidade nominal de 75 g de aceleração — algo que vale a pena saber quando o DAQ estiver montado na estrutura a ser testada ou nas suas proximidades, em vez de estar, em segurança, do outro lado da sala.

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Sistemas modulares para programas de treino de choque misto

SIRIUS® Modular e SIRIUS® Mini realiza os ensaios de queda, impacto e transporte que constituem a maior parte dos trabalhos relacionados com choques, com o condicionamento de carga e IEPE no mesmo chassis que o de deformação, pressão e tensão. O número de canais varia entre alguns e várias centenas, sem necessidade de alterar o software.

Sistemas distribuídos para grandes estruturas

O choque numa estrutura de grandes dimensões — uma estrutura de aeronave em escala real, uma secção de navio, uma ponte, um veículo de lançamento — ocorre ao longo de dezenas de metros. A instalação de cabos analógicos desde cada acelerómetro até um rack central implica percursos longos, captação de ruído ao longo desses percursos e uma grande quantidade de cobre.

SIRIUS® X e IOLITE® X coloque o digitalizador junto ao sensor. As unidades são ligadas em cadeia através de um único cabo Ethernet que transmite energia, dados e sincronização em simultâneo, utilizando PoE e sincronização PTPv2, pelo que apenas um cabo sai da área de medição, em vez de centenas. O SIRIUS X aceita até 32 entradas analógicas por dispositivo, com um conversor delta-sigma de 24 bits e um filtro anti-aliasing em cada entrada. O IOLITE X não possui ventoinha e tem uma temperatura nominal de funcionamento entre −40 °C e +70 °C.

Como a sincronização acompanha os dados, os canais situados em extremidades opostas da estrutura mantêm-se numa única base temporal — o que permite acompanhar a propagação de uma onda de choque através de uma estrutura, em vez de se limitar a registar a sua chegada a cada ponto separadamente.

Medição robusta e distribuída

KRYPTON® Os módulos têm classificação IP67 e são instalados diretamente no artigo em teste, em vez de num rack — num veículo, numa pista de ensaios, ao ar livre, expostos às intempéries.

SIRIUS® Impermeável vai mais além para os ambientes mais exigentes em termos de choques: IP67, um intervalo de funcionamento de −40 °C a +60 °C e classificado para suportar choques de 100 g e vibrações de 100 g, com uma frequência de amostragem de 200 kHz por canal. Tensão, IEPE, ponte, RTD e resistência são suportados nativamente, estando carga, termopar, corrente e LVDT disponíveis através de adaptadores DSI. Quando a medição ocorre em condições de frio, poeira, lama ou chuva — ou quando o sistema de aquisição de dados (DAQ) vai ter de suportar parte do choque que está a medir — este é o que resiste a tudo isso.

Vídeo sincronizado para ensaios de choque

Uma medição de choque diz-lhe o que aconteceu. O vídeo mostra-lhe porquê — um elemento de fixação a soltar-se, um cabo a bater, um componente a entrar em contacto com algo com que não deveria. O Dewesoft integra câmaras na mesma aquisição que os dados, pelo que os fotogramas e as amostras partilham uma única base temporal e é possível percorrer o vídeo e a curva SRS em simultâneo.

Vídeo em alta velocidade

DS-CAM, a gama de câmaras GigE Vision da própria Dewesoft, grava a 2048 × 1536 px a 37 FPS, com taxas de fotogramas até 6400 FPS a resolução reduzida. Estão disponíveis versões a cores e monocromáticas, ambas com obturadores globais. Várias câmaras DS-CAM sincronizam-se entre si através de um switch compatível com PTP.

Para as provas mais rápidas, Photron e Fantasma As câmaras de velocidade ultra-elevada ligam-se através de plug-ins dedicados, atingindo milhares a milhões de fotogramas por segundo, dependendo da resolução, e mantêm-se totalmente sincronizadas com os canais analógicos e digitais do DewesoftX.

Vídeo padrão

Para fins de contextualização, em vez de análise de eventos, o DS-CAM a taxas de fotogramas padrão ou praticamente qualquer câmara web compatível com DirectX irá gravar em simultâneo com os dados. A sincronização da câmara web é feita por software e tem uma precisão de cerca de 10 ms — o que é suficiente para documentar uma configuração de teste ou uma ação do operador, mas não para resolver um evento que dure alguns milissegundos.

Imagem térmica

Câmaras térmicas de infravermelhos OPTRIS integrar na mesma aquisição, adicionando a temperatura da superfície ao registo. A sincronização é feita por software com um intervalo de cerca de 100 ms, pelo que o vídeo térmico documenta o estado térmico em torno de um ensaio, em vez do próprio evento de choque — o que é útil quando os ensaios de choque são combinados com condicionamento térmico, ou quando um componente aquece sob impactos repetidos.

Escolher uma câmara resistente a choques: Um evento de choque dura milissegundos, pelo que apenas as opções sincronizadas com o hardware — DS-CAM, Photron, Phantom — permitem a sua resolução com precisão ao nível do fotograma em relação aos dados. A sincronização com a webcam e a câmara térmica, com ~10 ms e ~100 ms, servem para contextualizar o teste.

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O papel da Dewesoft num ensaio de choque

A Dewesoft fornece o medição e análise No que diz respeito aos ensaios de choque: aquisição dos dados do evento, cálculo do SRS e apresentação dos resultados. A Dewesoft não fornece máquinas de choque, torres de queda nem controladores de agitadores, nem controla um agitador para reproduzir um perfil de choque sintetizado.

Na prática, isso significa que os sistemas Dewesoft são utilizados em conjunto com qualquer máquina de choques, torre de queda ou banco de ensaios que já possua — medindo o que realmente aconteceu no artigo em ensaio, independentemente do controlador que comanda a mesa. No caso de choques por queda, choques pirotécnicos, choques balísticos, explosões e choques de transporte, em que não existe qualquer controlador, o sistema Dewesoft constitui toda a cadeia de medição.