Testarea vibrațiilor este unul dintre testele necesare în testele de mediu și testele de fiabilitate.

Termeni asociați:

  • Material piezoelectric
  • Structura mecanică
  • Testare modală
  • Module elastice
  • Fotoelasticitate
  • Analiza Modală

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

SISTEM DE TESTARE, LINEAR

Introducere

Testarea vibrațiilor unui sistem se efectuează de obicei în scopul identificării parametrilor sau a sistemului. Dacă obiectul este liniar, o mulțime de informații pot fi obținute din astfel de teste. Acest lucru este discutat în altă parte în enciclopedie. Cu toate acestea, atunci când sistemul este neliniar, procedura generală de identificare este mult mai complicată, iar modelele detaliate sunt adesea imposibil de obținut. Cu toate acestea, este încă important să se stabilească ce condiții de funcționare pot duce la un tip de răspuns inacceptabil. Scopul acestui articol este de a prezenta instrucțiuni pentru testarea sistemelor care pot fi neliniare și, prin urmare, se comportă în moduri imprevizibile, adică, spre deosebire de un sistem liniar. Înainte de a începe acest lucru, este important să apreciați unele dintre diferitele răspunsuri care pot apărea din cauza neliniarităților. Acestea sunt prezentate în secțiunea următoare, urmată de recomandări pentru tehnici de testare specifice care ar trebui utilizate pentru a garanta că s-au găsit toate tipurile de răspunsuri. Pe tot parcursul, intrările armonice sunt asumate, cu excepția cazului în care se specifică altfel.

Tehnici NDT: tehnici acustice la frecvență joasă

1 Tehnici de vibrație prin rezonanță

1.1 Istorie și principii de bază

Tehnicile de testare a vibrațiilor prin rezonanță sunt cele mai vechi dintre toate metodele de inspecție acustică (Adams și Cawley 1997). Rezonanța acustică are loc într-un eșantion de testare când undele sonore interne reflectate multiplu sunt suprapuse în fază pe o dimensiune caracteristică a eșantionului, situație care se obține atât pentru undele elastice longitudinale cât și transversale într-un solid. Măsurările frecvențelor rezonante și amortizarea în testarea vibrațiilor oferă două surse independente de informații.

1.2 Implementarea

Testarea vibrațiilor prin rezonanță ia diferite forme. Într-o formă importantă, proba de testare este susținută astfel încât să vibreze în modurile sale normale atunci când este excitată de o excitație continuă de frecvență unică sau măturată și se determină frecvența (sau frecvențele) de rezonanță și amortizarea. Modurile de vibrații au fost calculate pentru multe condiții de probă și teste structurale. O variantă importantă a testării vibrațiilor prin rezonanță este „testul robinetului roții”. Aici, eșantionul este atins brusc cu un obiect dur pentru a produce o excitație cu frecvență largă, ceea ce duce la eșantionarea eșantionului în modurile sale normale, care sunt identificate și ulterior măsurate. Acesta este un test global prin faptul că „sunetul” este independent de punctul de atingere și are loc în întreaga structură.

Metodele de măsurare includ traductoare piezoelectrice și electromagnetice pentru excitație și detectarea vibrațiilor. Detectoarele includ, de asemenea, microfoane, stiluri mecanice, detectoare de capacitate ca microfoane sau ca element de control al frecvenței într-un transmițător modulat în frecvență pentru aplicații de mediu la distanță și dure, precum și diverse tehnici optice și laser mai noi. Metode automate pentru înregistrarea continuă a frecvențelor de rezonanță și amortizarea la diferite frecvențe sunt disponibile de mulți ani (Balakishnan 1997).

1.3 Aplicații și limitări

Tehnici de rezonanță care utilizează atât măsurători de frecvență cât și măsuri de amortizare au fost utilizate pentru studierea comportamentului elastic și inelastic, caracterizări metalurgice, transformări de fază, studii reologice și de fractură și altele. Testele globale la robinet au fost utilizate pe scară largă pentru detectarea fisurilor în produse de diferite simetrii, de exemplu, roți și arbori cotiți, atât pe linia de fabricație, cât și în service.

Există câteva restricții care trebuie remarcate în utilizarea tehnicilor de vibrație prin rezonanță. Deoarece lungimile de undă ale sunetului sunt lungi la frecvențele acustice scăzute utilizate în aceste teste, detectarea defectelor folosind aceste tehnici este mult mai puțin directă decât metodele cu ultrasunete de înaltă frecvență. Măsurătorile de amortizare, deși foarte valoroase, oferă doar informații indirecte.

Compozite matrice polimerice: aplicații

Jenner Richards, Afzal Suleman, în Comprehensive Composite Materials II, 2018

3.10.6.1.6 Finisare și testare

După asamblarea aeronavei, au fost efectuate o serie de teste structurale, inclusiv încărcarea statică și testarea vibrațiilor la sol. Acestea trebuiau atât să asigure navigabilitatea, cât și să furnizeze date pentru validarea și îmbunătățirea modelelor structurale de calcul. La finalizarea testării, aeronava a fost șlefuită și vopsită. O portocalie cu vizibilitate ridicată a fost utilizată spre deosebire de o culoare gri mată pentru partea superioară a aeronavei. Partea inferioară a folosit dungi galbene fluorescente (decalate la 90 de grade de dungile de deasupra aeronavei) pentru a ajuta pilotul să facă referire la aeronavă. FIG. 26 arată schema finală de vopsea selectată.

testarea

FIG. 26. Schema de vopsea aleasă pentru vehiculele rigide pilotate de la distanță (RPV) (stânga) și aeronavele reale după vopsire (dreapta).

Identificarea dinamică a structurilor istorice de zidărie

Abstract

Acest capitol se concentrează pe caracterizarea comportamentului dinamic al structurilor istorice de zidărie. Începe prin a oferi o scurtă privire de ansamblu și o evaluare a procedurilor de testare a vibrațiilor care sunt utilizate în mod obișnuit pentru experimentarea dinamică in situ la scară completă, inclusiv diferitele tipuri de tehnici de identificare modală exploatabile pentru extragerea caracteristicilor dinamice din răspunsurile de ieșire înregistrate. Ulterior, sunt prezentate trei aplicații de studiu de caz și detaliate pas cu pas, de la analizele preliminare pentru planificarea adecvată a testelor dinamice până la achiziționarea semnalului, analiza datelor și rezultatele interpretării. Exemplele furnizate în capitol subliniază principalele beneficii pe care le pot aduce testările dinamice in situ în ceea ce privește calibrarea modelelor comportamentale reprezentative pentru clădirile de zidărie antice, cunoștințe îmbunătățite despre performanța reală a acestor sisteme neconvenționale, validarea măsurilor de consolidare adoptate și o mai bună proiectare a viitoarelor intervenții structurale.

Metrologie la mașină pentru prelucrarea hibridă

Xianqian J. Jiang,. Duo Li, în Hybrid Machining, 2018

10.4.3.1 Test de vibrații la mașină

Vibrațiile de la axele mașinilor-unelte, cum ar fi axul rulmentului de aer și etapele liniare, vor degrada rezultatele măsurătorilor. Prin urmare, este necesar să se efectueze teste și analize ale vibrațiilor la mașină pentru a evalua relația acesteia cu frecvența de eșantionare, parametrii de scanare și operațiile de filtrare în postprocesare. Vibrația la mașină în procesul de măsurare este o combinație a zgomotului intern al instrumentului, vibrația statică a mașinii unelte și vibrațiile induse de mișcarea mașinii. Componentele vibrației induse pe rezultatul OMM trebuie filtrate pentru caracterizarea exactă a formei suprafeței și topografiei. Conform teoremei de eșantionare Nyquist [44], frecvența de eșantionare Fs trebuie să fie de cel puțin două ori frecvența de vibrație pe mașină Fvibrație pentru a evita aliasarea. De asemenea, pentru a separa componenta frecvenței vibrațiilor de frecvența asociată cu caracteristicile topografice de interes Ftopo, se recomandă ca limita superioară a Ftopo să fie mai mică decât Fvibrarea. Relația dintre λtopo și Ftopo este descrisă după cum urmează:

unde λtopo este lungimea de undă a topografiei suprafeței de interes și Ftopo este frecvența corespunzătoare.

În conformitate cu banda topografică de interes și rezultatele testelor de vibrații, un grafic de decizie a frecvenței este reprezentat în Fig. 10.15, oferind îndrumări în selectarea parametrilor de scanare și a frecvenței de eșantionare corespunzătoare. Pentru o anumită viteză de avans de scanare, frecvența topografică de interes ar trebui să fie mai mică decât frecvența de vibrație arătată în regiunea eclozionată. Pentru a îndeplini cerința de evitare a aliasării semnalului, este de preferat viteza de scanare mai mică și frecvența de eșantionare mai mare din perspectiva filtrării componentelor de vibrații induse din banda de topografie de interes. Cu toate acestea, alte aspecte trebuie luate în considerare cu atenție, cum ar fi costul de calcul și eficiența măsurătorilor.

Figura 10.15. Grafic de decizie a frecvenței de eșantionare.

Un standard plat calibrat de la NPL Bento Box [45] a fost folosit pentru testarea vibrațiilor statice și de scanare. Rezultatele măsurării vibrațiilor în diferite moduri de testare sunt rezumate în Tabelul 10.2. Nivelul vibrației este caracterizat ca valoarea pătrată medie a rădăcinii semnalului.

Tabelul 10.2. Rezultatele testelor de vibrații

Starea sondei Mod de testare Rădăcină înseamnă pătrat RMS/nm
FixLaborator [46] 0,63
Statice la mașină2.2
Scanare pe computerRadiale multiple3.5
Circular multiplu4.4
Spirală3.7

Testul de vibrații statice a fost efectuat atunci când mașina este în stare statică, în timp ce testul de vibrație de scanare a fost efectuat atunci când axele mașinii se mișcă simultan pentru a măsura suprafața eșantionului. Așa cum este prezentat în tabelul de mai sus, vibrațiile statice ale mașinii sunt de aproape patru ori mai mari decât zgomotul intern DRI din mediul de laborator, indicând efectul asupra mediului al mașinii unelte asupra măsurării. Mai mult, amplitudinea vibrațiilor de scanare este mai mare decât vibrațiile statice datorită vibrațiilor suplimentare care decurg din unitățile de acționare ale treptelor mașinii. Comparativ cu mai multe căi de măsurare circulare și spirale, măsurarea căii radiale multiple arată cel mai mic nivel de vibrație de 3,5 nm RMS, ceea ce implică mișcarea axului induce mai multe vibrații decât etapele hidrostatice liniare.

Rezultatele multiple ale vibrațiilor de scanare radială și analiza frecvenței sunt prezentate respectiv în Fig. 10.16A și B. Selectarea frecvenței de eșantionare DRI ar trebui să îndeplinească cerința pentru inspecția lățimii de bandă de interes pe suprafața limitată a scării și să evite aliasarea semnalului. Parametrul înălțimii camerei este utilizat pentru a regla frecvența de eșantionare a sistemului de măsurare. Analiza spectrului din Fig. 10.16B indică faptul că componentele de vibrație primare sunt mai mici de 100 Hz și frecvența de eșantionare a sondei DRI este setată în consecință la 200 Hz.

Figura 10.16. Test de vibrații de scanare.

Testarea în laborator

6.3.2.2 Testare modală nedistructivă pentru modulul de stocare și factorul de pierdere

unde E = modul de stocare efectiv al materialului fasciculului; fn = frecvența modului n (Hz); I = momentul de inerție al fasciculului în jurul axei sale neutre; ρ = densitatea de masă a materialului; A = secțiunea transversală a fasciculului; λn = valoarea proprie pentru modul n, care depinde de condițiile limită (de exemplu, λ 1 2 = 22,4 pentru primul mod al fasciculului liber liber); L = lungimea liberă a grinzii.

Factorul de pierdere pentru a n-a frecvență, care este o măsură a amortizării interne, poate fi calculat prin aplicarea metodei lățimii de bandă a puterii de jumătate la vârful situat la a n-a frecvență ca (Suarez și Gibson, 1987):

unde ηn = factorul de pierdere pentru a n-a frecvență; Δf = lățimea de bandă de jumătate de putere a vârfului la frecvența modală fn în FRF; fn = frecvența modului n (Hz).