Mekanisk stötprovning och stötmätning

Vad är mekanisk stötprovning?

Vid mekaniska stötprovningar utsätts en produkt för en kontrollerad, kortvarig acceleration och man mäter hur den reagerar. Målet är att kvalificera produkten: att bevisa att en komponent klarar de stötar den kommer att utsättas för under drift, eller att fastställa den nivå vid vilken den inte längre klarar detta.

Det är snarare en motsvarighet till vibrationsprovning än en variant av den. Vibrationer är ihållande och repetitiva, och skadorna ackumuleras under flera timmars exponering. Stötar är enstaka, övergående händelser, och skador uppstår på millisekunder. Program för stöt- och vibrationsprovning omfattar normalt båda delarna, eftersom en produkt kan klara det ena men underkännas i det andra – men mätkraven är olika. Vibration kräver ett dynamiskt omfång över långa mätperioder; stöt kräver bandbredd och headroom inom ett fönster på några millisekunder.

Klassiska chockpulser

De enklaste stötproven använder en definierad pulsform: en halvsinus-, haversin-, sågtandspuls med topp vid slutet eller trapezformad puls, specificerad som en toppnivå i g över en given varaktighet i millisekunder. En klassisk stötpuls är repeterbar, lätt att specificera och lätt att verifiera, vilket är anledningen till att de flesta standarder på utrustningsnivå utformas utifrån dessa. En halvsinusformad stötpuls på 50 g under 11 ms är ett typiskt krav vid transportfall.

Komplexa transienter

Pyroschock, ballistisk chock och undervattensexplosion kan inte beskrivas som en pulsform. De präglas av högfrekventa strukturella svängningar, de varierar från gång till gång, och två händelser med samma toppvärde för g kan orsaka helt olika skador. Dessa specificeras som en chockresponsspektrum istället – en kurva som visar skadepotentialen i förhållande till frekvensen, snarare än ett enda tal.

Vad man mäter vid ett stöttest

• Acceleration är den primära mätningen, som utförs med accelerometrar monterade vid de punkter där stöten träffar konstruktionen och vid de komponenter som är av intresse. Monteringen är viktigare här än någon annanstans vid dynamiska provningar: en resonans i fästet syns som en signal, och när den väl finns i data går den inte att separera bort.

• Tryck mäts tillsammans med accelerationen vid spräng-, ballistiska och undervattensstötar, där belastningsmekanismen utgörs av tryckvågen snarare än av mekanisk kontakt.

• Spänning och kraft visar hur stöten överförs till konstruktionen och utgör länken mellan en uppmätt händelse och en utmattnings- eller brottanalys.

• Höghastighetsvideo, i samspel med data, är det som förvandlar ett oväntat resultat till en förklaring – en fästdetalj som glider, en kabel som slår omkring, en komponent som kommer i kontakt med något den inte borde.

Alla dessa registreras på en gemensam tidsskala i Dewesoft-systemen, vilket gör det möjligt att fastställa att en töjningstopp, en videoruta och en accelerationsspik hör till samma ögonblick.

Utrustning för stötsprovning

Höghastighets-DAQ för högfrekventa stötar

SIRIUS® XHS täcker de snabbaste transienterna – pyroschock, ballistiska händelser, explosioner – där energin ligger långt över konventionell DAQ-bandbredd. Den samplar med upp till 15 MS/s per kanal med en bandbredd på upp till 5 MHz, och dess HybridADC ger dig ett val vid varje mätning: ett läge med hög bandbredd när toppvärdet är det viktiga, eller aliasfri datainsamling upp till 2 MS/s när du behöver det dynamiska omfånget för att kunna urskilja en liten respons som rider på en stor händelse.

SIRIUS® XR är samma frontend i stor skala. Stora stötmätningsprogram kräver sällan extrem bandbredd på varje kanal – några få mätpunkter ligger direkt i stötbanan och behöver allt som XHS kan erbjuda, medan töjnings-, tryck- och sekundära accelerometrar klarar sig utmärkt med lägre samplingsfrekvenser. XR kombinerar XHS- och SIRIUS® X-moduler i ett enda 19-tumsrack: upp till 288 analoga kanaler i XR9, varav upp till 72 kan vara höghastighetskanaler av typen XHS, och upp till 160 i XR5. Båda typerna av kanaler delar en gemensam tidsbas istället för att köras som två system som måste synkroniseras i efterhand, och racken kan kopplas ihop i serie eller i stjärnkonfiguration när ett inte räcker till.

XR-chassit är i sig klassat för stötar på upp till 75 g – något som är bra att veta när DAQ-enheten monteras på eller i närheten av den struktur som testas, snarare än på säkert avstånd tvärs över rummet.

Se alla våra system för höghastighetsdatainsamling.

Modulära system för blandade chockprogram

SIRIUS® Modular och SIRIUS® Mini hantera fall-, stöt- och transporttester, som utgör huvuddelen av arbetet med stötprovning, med laddnings- och IEPE-konditionering på samma chassi som töjnings-, tryck- och spänningsmätningar. Antalet kanaler kan variera från ett fåtal till flera hundra utan att programvaran behöver ändras.

Distribuerade system för stora konstruktioner

Stötar på en stor konstruktion – ett flygplansskrov i full skala, en fartygssektion, en bro, en bärraket – uppstår över tiotals meter. Att dra analoga kablar från varje accelerometer tillbaka till ett centralt rack innebär långa kabelsträckor, brusupptagning längs dessa sträckor och en stor mängd koppar.

SIRIUS® X och IOLITE® X Placera istället digitaliseraren bredvid sensorn. Enheterna kopplas ihop i serie via en enda Ethernet-kabel som överför ström, data och synkronisering samtidigt, med hjälp av PoE och PTPv2-synkronisering, vilket innebär att endast en kabel lämnar mätområdet istället för hundratals. SIRIUS X har upp till 32 analoga ingångar per enhet, med en 24-bitars delta-sigma-omvandlare och ett anti-aliasingfilter på varje ingång. IOLITE X är fläktlös och klassad för drift mellan −40 °C och +70 °C.

Eftersom synkroniseringen följer med data förblir kanalerna i strukturens motsatta ändar på samma tidsbas – vilket gör det möjligt att följa en chockvåg som fortplantar sig genom en struktur, istället för att bara registrera dess ankomst vid varje punkt separat.

Robust och distribuerad mätning

KRYPTON® Modulerna har skyddsklass IP67 och placeras direkt på testobjektet istället för i ett rack – på ett fordon, på en testbana eller utomhus i alla väderförhållanden.

SIRIUS® Vattentät går ett steg längre för de tuffaste stötmiljöerna: IP67, ett driftsintervall på −40 °C till +60 °C, och klassad för att tåla 100 g stötar och 100 g vibrationer, med en samplingsfrekvens på 200 kHz per kanal. Spänning, IEPE, bryggkoppling, RTD och resistans stöds inbyggt, medan laddning, termoelement, ström och LVDT är tillgängliga via DSI-adaptrar. När mätningen sker i kyla, damm, lera eller regn – eller när datainsamlaren själv utsätts för en del av de stötar den mäter – är det den här som klarar det.

Synkroniserad video för stötprovning

En stötmätning visar vad som har hänt. En video visar varför — en fästdetalj som glider, en kabel som slår mot något, en komponent som kommer i kontakt med något den inte borde. Dewesoft integrerar kameror i samma datainsamling som själva data, vilket innebär att bildrutor och mätvärden delar samma tidsbas och att du kan spola fram och tillbaka i videon och SRS-kurvan samtidigt.

Höghastighetsvideo

DS-CAM, Dewesofts egen serie av GigE Vision-kameror, spelar in med en upplösning på 2048 × 1536 px vid 37 FPS, med bildhastigheter på upp till 6400 FPS vid lägre upplösning. Det finns både färg- och svartvita versioner, båda med global slutare. Flera DS-CAM-kameror synkroniseras med varandra via en PTP-kompatibel switch.

När det gäller de snabbaste tävlingarna, Photron och Phantom Ultrahöghastighetskameror ansluts via särskilda plugins och kan nå tusentals till miljoner bilder per sekund beroende på upplösning, samtidigt som de förblir fullständigt synkroniserade med de analoga och digitala kanalerna i DewesoftX.

Standardvideo

För att få en överblick snarare än för händelseanalys kan man använda DS-CAM med standardbildfrekvenser eller nästan vilken DirectX-kompatibel webbkamera som helst för att spela in tillsammans med data. Synkroniseringen med webbkameran sker via programvara och har en noggrannhet på ungefär 10 ms – vilket räcker för att dokumentera en testuppställning eller en operatörs åtgärd, men inte för att utreda en händelse som varar i några millisekunder.

Värmekamera

OPTRIS infraröda värmekameror integreras i samma mätning, vilket kompletterar mätdata med yttemperatur. Synkroniseringen sker programvarubaserat med en intervall på cirka 100 ms, vilket innebär att värmekameran dokumenterar det termiska tillståndet kring ett test snarare än själva stöt händelsen – vilket är användbart när stötprovning kombineras med termisk konditionering, eller när en komponent värms upp vid upprepade stötar.

Att välja en kamera som tål stötar: En stöt händer under några millisekunder, så endast de hårdvarusynkroniserade alternativen – DS-CAM, Photron, Phantom – kan avbilda den med bildrutsnoggrannhet i förhållande till data. Webbkamera och termisk synkronisering, med tidsfördröjningar på cirka 10 ms respektive cirka 100 ms, används för att ge sammanhang kring testet.

Upptäck Dewesofts videoinsamling

Dewesofts roll i en stötprovning

Dewesoft tillhandahåller mätning och analys vad gäller stötprovning: registrering av händelsen, beräkning av SRS och rapportering av resultatet. Dewesoft tillhandahåller inte stötmaskiner, falltorn eller skakmaskinsstyrenheter, och styr inte heller någon skakmaskin för att återge en syntetiserad stötprofil.

I praktiken innebär det att Dewesoft-systemen används tillsammans med vilken stötmaskin, falltorn eller testrigg du än redan har – och mäter vad som faktiskt hände med testobjektet, oberoende av den styrenhet som styr bordet. För fallstötar, pyroschocker, ballistiska stötar, explosioner och transportstötar, där det inte finns någon styrenhet alls, utgör Dewesoft-systemet hela mätkedjan.