Comprensione dei test di impatto
Definizione: Che cosa sono i test di impatto?
Test di impatto (chiamato anche test di impulso o analisi modale di impatto) è un test modali tecnica che utilizza un martello d'impatto strumentato per applicare impulsi di forza a banda larga alle strutture durante la misurazione del risultato vibrazione risposta con accelerometri. La tecnica calcola funzioni di risposta in frequenza (FRF) che mostrano come le strutture rispondono a ciascuna frequenza, rivelando frequenze naturali, forme modali, E smorzamento rapporti essenziali per comprendere il comportamento dinamico e diagnosticare i problemi di risonanza.
I test d'impatto rappresentano l'alternativa pratica sul campo ai test modali con shaker, fornendo informazioni simili senza richiedere pesanti e costosi shaker elettromagnetici e complessi dispositivi di montaggio. Sono ampiamente utilizzati per la risoluzione di problemi di risonanza, la convalida di modifiche strutturali e la correlazione di modelli a elementi finiti in applicazioni di meccanica e dinamica strutturale.
Attrezzatura
Martello a percussione strumentato
- Trasduttore di forza: Il sensore piezoelettrico nella testa del martello misura la forza d'impatto
- Massa del martello: 0,1-5 kg a seconda delle dimensioni della struttura e della gamma di frequenza
- Punte intercambiabili: Duro (acciaio), medio (plastica), morbido (gomma)
- Uscita: Segnale di forza sincronizzato con la misurazione della risposta
- Costo tipico: $500-3000
Sensori di risposta
- Accelerometri nei punti di interesse
- Accelerometro mobile singolo o sensori fissi multipli
- Requisiti del test di buona corrispondenza della gamma di frequenza
Acquisizione dati
- Minimo due canali (forza e risposta)
- Campionamento simultaneo essenziale
- Analizzatore FFT o software di analisi modale
- Calcolo della funzione di trasferimento e della coerenza
Procedura di prova
FRF a punto singolo
- Accelerometro di montaggio: Nel luogo di risposta
- Seleziona la punta del martello: Corrispondenza con la struttura e la gamma di frequenza
- Struttura dello sciopero: Impatto rapido e deciso nel punto di eccitazione
- Dati di registrazione: Segnali di forza e risposta
- Calcola FRF: H(f) = Risposta(f) / Forza(f)
- Media: Ripetere 3-10 volte, FRF medi
- Controlla la coerenza: Verificare la qualità dei dati (coerenza > 0,9)
Test multi-punto
- Martello mobile: Impatto su più punti, accelerometro fisso
- Accelerometro mobile: Punto fisso d'impatto, spostamento dell'accelerometro
- Risultato: Le FRF da più posizioni rivelano forme modali
- Test della griglia: Griglia sistematica di punti per un rilievo strutturale completo
Selezione della punta del martello
Effetto sul contenuto di frequenza
- Punta dura (acciaio): Durata d'impatto breve, contenuto ad alta frequenza, adatto per strutture rigide e alte frequenze (fino a 10+ kHz)
- Punta media (nylon/Delrin): Durata moderata, spettro bilanciato, uso generale (fino a 2-5 kHz)
- Punta morbida (gomma): Lunga durata, enfasi sulle basse frequenze, strutture grandi/flessibili (fino a 500-1000 Hz)
Struttura corrispondente
- Strutture leggere: Martello piccolo, punta morbida (evita danni e tintinnio)
- Strutture pesanti: Martello grande, punta più dura (eccitazione adeguata)
- Regola pratica: La struttura dovrebbe rispondere ma non eccessivamente (accelerazione di picco tipica 1-10 g)
Qualità dei dati
Buona tecnica di impatto
- Impatto rapido e pulito (senza doppi colpi)
- Il martello si è allontanato immediatamente (non rimane in contatto)
- Colpo perpendicolare alla superficie
- Posizione di attacco coerente
- Livello di forza appropriato
Validazione della coerenza
- La funzione di coerenza mostra la qualità della misurazione
- Coerenza vicina a 1,0 (> 0,9) = buoni dati
- Bassa coerenza = scarso impatto, rumore, non linearità
- Rifiutare gli impatti negativi, ripetere il test
Risultati e interpretazione
Funzione di risposta in frequenza
- Il grafico della magnitudo mostra l'amplificazione rispetto alla frequenza
- Picchi = frequenze naturali/risonanze
- Altezza del picco = fattore di amplificazione (inverso dello smorzamento)
- Fase il grafico mostra spostamenti di 180° attraverso le risonanze
Identificazione della frequenza naturale
- Elenca tutti i picchi da FRF
- La prima modalità in genere ha il picco di frequenza più basso
- Modalità più alte a frequenze più alte
- Confronta con le frequenze operative per il controllo delle interferenze
Determinazione della forma modale
- Da test multi-punto
- Le ampiezze di risposta relative alla risonanza definiscono il modello di deflessione
- Animazione possibile con software
- Identifica nodi e antinodi
Applicazioni nella risoluzione dei problemi dei macchinari
Indagine sulla risonanza del frame
- Motore a impatto o telaio della ventola
- Identificare le frequenze naturali del frame
- Confronta con il passaggio della lama, frequenze elettromagnetiche del motore
- Se viene trovata una corrispondenza → la risonanza è un problema
Test di fondazione
- Piastra di base o fondazione d'impatto
- Determinare le frequenze naturali di fondazione
- Verificare la rigidità adeguata e la separazione delle frequenze
Confronti prima/dopo
- Test prima della modifica strutturale
- Test dopo (irrigidimento, smorzamento, variazioni di massa)
- Verificare che la modifica abbia ottenuto l'effetto desiderato
- Quantificare il miglioramento
Il test d'impatto è una tecnica di analisi modale pratica ed economica, accessibile agli specialisti delle vibrazioni sul campo. Utilizzando solo un martello strumentato e un analizzatore di vibrazioni, il test d'impatto identifica le risonanze strutturali, convalida le modifiche e fornisce la caratterizzazione dinamica necessaria per risolvere i problemi di risonanza e ottimizzare la progettazione strutturale in macchinari e applicazioni strutturali.
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