Ударные испытания и измерение удара

Что такое испытания на механические удары?

При испытании на механические удары изделие подвергается контролируемому кратковременному ускорению, после чего измеряется его реакция. Цель испытания — аттестация: подтверждение того, что деталь выдерживает удары, с которыми она столкнется в процессе эксплуатации, либо определение предельного уровня, при котором она перестает выдерживать такие удары.

Это скорее аналог испытаний на вибрацию, чем их разновидность. Вибрация носит продолжительный и повторяющийся характер, а повреждения накапливаются в течение нескольких часов воздействия. Удар представляет собой единичное переходное явление, при котором повреждения возникают за миллисекунды. Программы испытаний на удар и вибрацию обычно включают оба вида испытаний, поскольку изделие может пройти одно испытание, но не пройти другое — однако требования к измерениям различаются. Для вибрации требуется динамический диапазон в течение длительных записей; для удара — полоса пропускания и запас по уровню в окне шириной в несколько миллисекунд.

Классические ударные импульсы

В простейших испытаниях на ударную нагрузку используется импульс заданной формы: полусинусоидальный, хаверсинусоидальный, пилообразный с конечным пиком или трапециевидный импульс, характеризующийся пиковым значением g в течение заданной продолжительности в миллисекундах. Классический ударный импульс является повторяемым, его легко задать и легко проверить, поэтому большинство стандартов на уровне оборудования разрабатываются с учётом именно таких импульсов. Ударный импульс в виде полусинусоиды с ускорением 50 g в течение 11 мс является типичным требованием к транспортировке с падениями.

Сложные переходные процессы

Пироудар, баллистический удар и подводный взрыв невозможно описать с помощью формы импульса. В них преобладает высокочастотная структурная реакция, они каждый раз различаются, и два события с одинаковым пиковым значением g могут наносить совершенно разный ущерб. Они определяются как спектр ударного отклика а вместо этого — кривая потенциального урона в зависимости от частоты, а не одно число.

Что измеряется при испытании на ударную нагрузку

• Ускорение — это основной показатель, получаемый с помощью акселерометров, установленных в точках воздействия удара на конструкцию и на интересующих вас элементах. В данном случае крепление имеет большее значение, чем при любых других динамических испытаниях: резонанс в креплении проявляется в виде сигнала, и, попав в данные, его уже невозможно отделить.

• Давление измеряется наряду с ускорением при взрывных, баллистических и подводных ударах, где механизмом нагрузки выступает не механический контакт, а волна давления.

• Деформация и усилие показывают, как удар передается в конструкцию, и именно они связывают результаты измерений с анализом усталости или разрушения.

• Высокоскоростное видео, синхронизированное с данными, — вот что превращает неожиданный результат в объяснение: соскочивший крепеж, раскачивающийся кабель, деталь, соприкасающаяся с тем, с чем не должна.

Все эти данные регистрируются в системах Dewesoft в одном временном масштабе, что и позволяет утверждать, что пик деформации, видеокадр и всплеск ускорения относятся к одному и тому же моменту времени.

Оборудование для испытаний на ударную прочность

Высокоскоростная система сбора данных для измерения высокочастотных ударов

SIRIUS® XHS охватывает самые быстрые переходные процессы — пироудар, баллистические явления, взрыв — при которых энергия значительно превышает полосу пропускания обычных систем сбора данных. Он обеспечивает частоту дискретизации до 15 МГц/с на канал с полосой пропускания до 5 МГц, а его гибридный АЦП (HybridADC) предоставляет возможность выбора режима для каждого измерения: режим с высокой полосой пропускания, когда важен пик сигнала, или режим счабовочной дискретизации до 2 МГц/с, когда требуется динамический диапазон для регистрации небольшого отклика, наложенного на крупное событие.

SIRIUS® XR — это тот же интерфейс, но в масштабе. В крупных программах по изучению ударов редко требуется экстремальная пропускная способность на каждом канале — лишь несколько точек расположены непосредственно на траектории удара и нуждаются во всей мощности XHS, в то время как датчики деформации, давления и вторичные акселерометры вполне справляются при более низких частотах дискретизации. XR объединяет модули XHS и SIRIUS® X в одной 19-дюймовой стойке: до 288 аналоговых каналов в модели XR9, из которых до 72 могут быть высокоскоростными каналами XHS, и до 160 — в модели XR5. Оба типа каналов используют одну временную базу вместо работы в качестве двух систем, которые необходимо впоследствии синхронизировать, а стойки подключаются последовательно или по звездообразной схеме, когда одной стойки недостаточно.

Само шасси XR рассчитано на ударную нагрузку до 75 g — об этом стоит помнить, если система сбора данных (DAQ) устанавливается на испытуемом объекте или рядом с ним, а не в безопасном месте на другом конце помещения.

Ознакомьтесь со всеми нашими высокоскоростными системами сбора данных.

Модульные системы для программ смешанных ударов

SIRIUS® Modular и SIRIUS® Mini обеспечивать проведение испытаний на падение, удар и транспортировку, которые составляют основную часть работ по испытаниям на ударопрочность, с возможностью установки датчиков нагрузки и IEPE на одном шасси наряду с датчиками деформации, давления и напряжения. Количество каналов варьируется от нескольких до нескольких сотен без необходимости изменения программного обеспечения.

Распределенные системы для крупных сооружений

Удар по крупному объекту — полноразмерному плаnerу самолета, секции корабля, мосту или ракете-носителю — происходит на протяжении десятков метров. Прокладка аналогового кабеля от каждого акселерометра к центральной стойке влечет за собой длинные трассы, наведение шума на этих трассах и использование большого количества меди.

SIRIUS® X и IOLITE® X Вместо этого разместите цифровой преобразователь рядом с датчиком. Устройства подключаются последовательно по одному кабелю Ethernet, который одновременно обеспечивает питание, передачу данных и синхронизацию с использованием технологии PoE и протокола PTPv2, благодаря чему из зоны измерения выходит всего один кабель, а не сотни. SIRIUS X поддерживает до 32 аналоговых входов на каждое устройство, при этом каждый вход оснащён 24-битным преобразователем дельта-сигма и фильтром сглаживания. IOLITE X не имеет вентилятора и рассчитан на работу в диапазоне температур от −40 °C до +70 °C.

Поскольку синхронизация передается вместе с данными, каналы, расположенные на противоположных концах конструкции, остаются синхронизированы по одной временной шкале — именно это позволяет отслеживать распространение ударной волны по конструкции, а не просто регистрировать её поступление в каждую точку по отдельности.

Надежные и распределенные измерительные системы

KRYPTON® Модули имеют степень защиты IP67 и устанавливаются непосредственно на испытуемом объекте, а не в стойке — на транспортном средстве, на полигоне, на открытом воздухе в различных погодных условиях.

SIRIUS® Водонепроницаемый превосходит требования даже для самых суровых условий, связанных с ударами: степень защиты IP67, диапазон рабочих температур от −40 °C до +60 °C, а также способность выдерживать удары силой 100 g и вибрацию силой 100 g, с частотой дискретизации 200 кГц на канал. Встроенные датчики: напряжение, IEPE, мостовые схемы, RTD и сопротивление; датчики заряда, термопар, тока и LVDT доступны через адаптеры DSI. Когда измерения проводятся в условиях холода, пыли, грязи или дождя — или когда система сбора данных (DAQ) сама подвергается ударам, которые она измеряет, — именно эта система выдержит всё это.

Синхронизированное видео для испытаний на ударную нагрузку

Измерение ускорения показывает, что произошло. А видео — это почему — соскальзывание крепления, раскачивание кабеля, соприкосновение детали с чем-то, с чем она не должна соприкасаться. Dewesoft интегрирует изображения с камер в одну систему сбора данных, благодаря чему кадры и отсчёты используют одну временную базу, и вы можете синхронно прокручивать видео и кривую SRS.

Высокоскоростное видео

DS-CAM, линейка собственных камер GigE Vision от Dewesoft, обеспечивает запись с разрешением 2048 × 1536 пикселей при 37 кадрах в секунду, а при пониженном разрешении частота кадров может достигать 6400 кадров в секунду. Доступны цветные и монохромные версии, обе с глобальным затвором. Несколько камер DS-CAM синхронизируются друг с другом через коммутатор с поддержкой PTP.

Для самых скоростных дисциплин, Фотон и Фантом Сверхвысокоскоростные камеры подключаются через специальные плагины, обеспечивая скорость съемки от тысяч до миллионов кадров в секунду в зависимости от разрешения, и остаются полностью синхронизированными с аналоговыми и цифровыми каналами в DewesoftX.

Стандартное видео

Для фиксации контекста, а не для анализа событий, система DS-CAM со стандартной частотой кадров или практически любая веб-камера, совместимая с DirectX, будет вести запись одновременно с данными. Синхронизация с веб-камерой осуществляется программным способом и имеет точность примерно 10 мс — этого достаточно для фиксации тестовой установки или действий оператора, но недостаточно для анализа события, продолжающегося несколько миллисекунд.

Тепловизионная съемка

Инфракрасные тепловизионные камеры OPTRIS объединить в один цикл сбора данных, добавив в запись показания температуры поверхности. Синхронизация осуществляется программно с шагом около 100 мс, поэтому тепловизионное видео фиксирует тепловое состояние в момент проведения испытания, а не само ударное воздействие — это полезно в случаях, когда ударные испытания сочетаются с термической подготовкой, или когда деталь нагревается под воздействием повторяющихся ударов.

Выбор камеры с учетом ударопрочности: Событие удара длится миллисекунды, поэтому только варианты с аппаратной синхронизацией — DS-CAM, Photron, Phantom — позволяют сопоставить его с данными с точностью до кадра. Веб-камера и тепловизионная синхронизация, с задержкой ~10 мс и ~100 мс соответственно, предназначены для фиксации контекста вокруг испытания.

Ознакомьтесь с решениями Dewesoft для сбора видеоданных

Роль Dewesoft в испытаниях на ударную нагрузку

Компания Dewesoft предоставляет измерение и анализ В рамках испытаний на ударную нагрузку: регистрация события, расчет SRS и предоставление отчета о результатах. Компания Dewesoft не поставляет ударные машины, башни для падения или контроллеры вибраторов, а также не управляет вибраторами для воспроизведения синтезированного профиля ударной нагрузки.

На практике это означает, что системы Dewesoft используются в сочетании с любой имеющейся у вас вибромашиной, башней для падения или испытательным стендом — измеряя то, что действительно произошло с испытуемым образцом, независимо от контроллера, управляющего столом. В случае ударных испытаний с падением, пироударов, баллистических ударов, взрывных воздействий и транспортных ударов, где контроллер отсутствует вовсе, система Dewesoft представляет собой полную измерительную цепь.