Comprender las pruebas de impacto
Definición: ¿Qué son las pruebas de impacto?
Pruebas de impacto (también llamado ensayo de impulso o análisis modal de impacto) es un pruebas modales técnica que utiliza un martillo de impacto instrumentado para aplicar impulsos de fuerza de banda ancha a las estructuras mientras se mide el resultado vibración respuesta con acelerómetros. La técnica calcula funciones de respuesta en frecuencia (FRF) que muestran cómo responden las estructuras a cada frecuencia, revelando frecuencias naturales, formas modales, y mojadura ratios esenciales para comprender el comportamiento dinámico y diagnosticar problemas de resonancia.
Las pruebas de impacto constituyen la alternativa práctica de campo a las pruebas modales con vibrador, proporcionando información similar sin necesidad de vibradores electromagnéticos pesados y costosos ni dispositivos de montaje complejos. Se utilizan ampliamente para la resolución de problemas de resonancia, la validación de modificaciones estructurales y la correlación de modelos de elementos finitos en aplicaciones de dinámica estructural y de maquinaria.
Equipo
Martillo de impacto instrumentado
- Transductor de fuerza: Un sensor piezoeléctrico en la cabeza del martillo mide la fuerza de impacto.
- Masa del martillo: De 0,1 a 5 kg, dependiendo del tamaño de la estructura y el rango de frecuencia.
- Puntas intercambiables: Duro (acero), medio (plástico), blando (goma)
- Salida: Señal de fuerza sincronizada con la medición de respuesta
- Coste típico: $500-3000
Sensores de respuesta
- Acelerómetros en puntos de interés
- Un único acelerómetro móvil o múltiples sensores fijos
- Requisitos de prueba de coincidencia de rango de frecuencia adecuado
Adquisición de datos
- Mínimo dos canales (fuerza y respuesta)
- El muestreo simultáneo es esencial.
- Analizador FFT o software de análisis modal
- Función de transferencia y cálculo de coherencia
Procedimiento de prueba
FRF de un solo punto
- Montaje del acelerómetro: En el lugar de respuesta
- Seleccione la punta del martillo: Coincidencia con la estructura y el rango de frecuencia
- Estructura de la huelga: Impacto firme y rápido en el punto de excitación
- Datos del registro: Señales de fuerza y respuesta
- Calcular FRF: H(f) = Respuesta(f) / Fuerza(f)
- Promedio: Repita de 3 a 10 veces, FRF promedio.
- Comprobar coherencia: Verificar la calidad de los datos (coherencia > 0,9)
Pruebas de múltiples puntos
- Martillo móvil: Impacto en múltiples puntos, acelerómetro fijo
- Acelerómetro móvil: Impacto en punto fijo, movimiento del acelerómetro
- Resultado: Las FRF de múltiples ubicaciones revelan formas modales
- Pruebas de cuadrícula: Cuadrícula sistemática de puntos para el levantamiento estructural completo
Selección de puntas de martillo
Efecto en el contenido de frecuencia
- Punta dura (acero): Impacto de corta duración, contenido de alta frecuencia, adecuado para estructuras rígidas y altas frecuencias (hasta 10+ kHz).
- Punta mediana (Nylon/Delrin): Duración moderada, espectro equilibrado, uso general (hasta 2-5 kHz)
- Punta blanda (goma): Larga duración, énfasis en bajas frecuencias, estructuras grandes/flexibles (hasta 500-1000 Hz)
Estructura de coincidencia
- Estructuras ligeras: Martillo pequeño, punta blanda (para evitar daños y vibraciones).
- Estructuras pesadas: Martillo grande, punta más dura (excitación adecuada)
- Regla de oro: La estructura debe responder, pero no de forma excesiva (aceleración máxima típica de 1 a 10 g).
Calidad de los datos
Buena técnica de impacto
- Impacto rápido y limpio (sin golpes dobles)
- Hammer se apartó inmediatamente (no mantuvo el contacto).
- Golpear perpendicularmente a la superficie
- Ubicación de impacto consistente
- Nivel de fuerza apropiado
Validación de coherencia
- La función de coherencia muestra la calidad de la medición.
- Coherencia cercana a 1,0 (> 0,9) = datos de buena calidad
- Baja coherencia = impacto deficiente, ruido, no linealidad
- Rechazar los resultados deficientes, repetir la prueba
Resultados e interpretación
Función de respuesta de frecuencia
- El gráfico de magnitud muestra la amplificación frente a la frecuencia.
- Picos = frecuencias naturales/resonancias
- Altura máxima = factor de amplificación (inverso de la amortiguación)
- Fase El gráfico muestra desplazamientos de 180° a través de resonancias.
Identificación de frecuencia natural
- Enumera todos los picos de la FRF
- El primer modo suele tener el pico de frecuencia más bajo.
- Modos superiores a frecuencias más altas
- Comparar con las frecuencias de funcionamiento para comprobar las interferencias.
Determinación de la forma modal
- A partir de pruebas de múltiples puntos
- Las amplitudes de respuesta relativa en resonancia definen el patrón de deflexión
- Animación posible con software
- Identifica nodos y antinodos
Aplicaciones en la resolución de problemas de maquinaria
Investigación de resonancia de marcos
- Motor de impacto o bastidor de ventilador
- Identificar las frecuencias naturales del marco
- Comparación con el paso de la hoja, frecuencias electromagnéticas del motor
- Si se encuentra coincidencia → la resonancia es el problema
Pruebas de cimentación
- Placa base o cimentación de impacto
- Determinar las frecuencias naturales fundamentales
- Verificar la rigidez y la separación de frecuencias adecuadas.
Comparaciones antes/después
- Prueba antes de la modificación estructural
- Prueba posterior (endurecimiento, amortiguación, cambios de masa)
- Verifique que la modificación haya logrado el efecto deseado.
- Cuantificar la mejora
Las pruebas de impacto constituyen una técnica de análisis modal práctica y rentable, accesible a los especialistas en vibraciones de campo. Mediante el uso exclusivo de un martillo instrumentado y un analizador de vibraciones, las pruebas de impacto identifican resonancias estructurales, validan modificaciones y proporcionan la caracterización dinámica necesaria para resolver problemas de resonancia y optimizar los diseños estructurales en maquinaria y aplicaciones estructurales.
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