Entendendo os Testes de Impacto
Definição: O que é um teste de impacto?
Teste de impacto (também chamado de teste de impulso ou análise modal de impacto) é um teste modal técnica que utiliza um martelo de impacto instrumentado para aplicar impulsos de força de banda larga a estruturas, enquanto mede os resultados. vibração resposta com acelerômetros. A técnica calcula funções de resposta em frequência (FRFs) mostrando como as estruturas respondem em cada frequência, revelando frequências naturais, formas de modo, e amortecimento Razões essenciais para a compreensão do comportamento dinâmico e o diagnóstico de problemas de ressonância.
O ensaio de impacto é a alternativa prática em campo ao ensaio modal com vibradores, fornecendo informações semelhantes sem a necessidade de vibradores eletromagnéticos pesados e caros e dispositivos de montagem complexos. É amplamente utilizado para a resolução de problemas de ressonância, validação de modificações estruturais e correlação de modelos de elementos finitos em aplicações de dinâmica de máquinas e estruturas.
Equipamento
Martelo de impacto instrumentado
- Transdutor de força: Sensor piezoelétrico na cabeça do martelo mede a força de impacto
- Massa do martelo: 0,1-5 kg, dependendo do tamanho da estrutura e da faixa de frequência.
- Pontas intercambiáveis: Duro (aço), médio (plástico), macio (borracha)
- Saída: Sinal de força sincronizado com a medição da resposta
- Custo típico: $500-3000
Sensores de resposta
- Acelerômetros em pontos de interesse
- Acelerômetro móvel único ou múltiplos sensores fixos
- Boa faixa de frequência que atende aos requisitos do teste.
Aquisição de dados
- No mínimo dois canais (força e resposta)
- A amostragem simultânea é essencial.
- software de análise FFT ou análise modal
- Cálculo da função de transferência e da coerência
Procedimento de teste
FRF de ponto único
- Suporte para acelerômetro: No local de resposta
- Selecione a ponta do martelo: Adequação à estrutura e à faixa de frequência
- Estrutura da greve: Impacto firme e rápido no ponto de excitação
- Dados do registro: Sinais de força e resposta
- Calcular FRF: H(f) = Resposta(f) / Força(f)
- Média: Repita de 3 a 10 vezes, FRFs médios
- Verificar coerência: Verificar a qualidade dos dados (coerência > 0,9)
Teste de múltiplos pontos
- Martelo Itinerante: Impacto em múltiplos pontos, acelerômetro fixo
- Acelerômetro móvel: Ponto fixo de impacto, acelerômetro de movimento
- Resultado: As FRFs de múltiplas localizações revelam os modos de vibração.
- Testes em grade: Grade sistemática de pontos para levantamento estrutural completo
Seleção da ponta do martelo
Efeito no conteúdo de frequência
- Ponta rígida (aço): Duração de impacto curta, alto conteúdo de frequência, ideal para estruturas rígidas e altas frequências (acima de 10 kHz).
- Ponta média (nylon/delrin): Duração moderada, espectro equilibrado, uso geral (até 2-5 kHz)
- Ponta macia (borracha): Longa duração, ênfase em baixas frequências, estruturas grandes/flexíveis (até 500-1000 Hz)
Estrutura correspondente
- Estruturas leves: Martelo pequeno, com ponta macia (para evitar danos e ruídos).
- Estruturas pesadas: Martelo grande, ponta mais dura (excitação adequada)
- Regra prática: A estrutura deve responder, mas não excessivamente (aceleração máxima típica de 1 a 10g).
Qualidade de dados
Técnica de bom impacto
- Impacto rápido e preciso (sem golpes duplos)
- Hammer se afastou imediatamente (não manteve contato).
- Golpeie perpendicularmente à superfície.
- localização consistente do ataque
- Nível de força apropriado
Validação de Coerência
- A função de coerência demonstra a qualidade da medição.
- Coerência próxima de 1,0 (> 0,9) = dados de boa qualidade
- Baixa coerência = baixo impacto, ruído, não linearidade
- Rejeitar impactos negativos, repetir o teste
Resultados e interpretação
Função de Resposta de Frequência
- O gráfico de magnitude mostra a amplificação em função da frequência.
- Picos = frequências/ressonâncias naturais
- Altura do pico = fator de amplificação (inverso do amortecimento)
- Fase O gráfico mostra deslocamentos de 180° através de ressonâncias.
Identificação de Frequência Natural
- Liste todos os picos de FRF.
- O primeiro modo é tipicamente o pico de frequência mais baixa.
- Modos superiores em frequências mais altas
- Compare com as frequências de operação para verificar interferências.
Determinação do Modo de Vibração
- A partir de testes de múltiplos pontos
- As amplitudes de resposta relativas na ressonância definem o padrão de deflexão.
- Animação possível com software
- Identifica nós e antinós
Aplicações na resolução de problemas em máquinas
Investigação de ressonância de quadro
- Motor de impacto ou estrutura do ventilador
- Identificar as frequências naturais do quadro
- Comparando com a passagem da lâmina, as frequências eletromagnéticas do motor
- Se houver correspondência → o problema é a ressonância
Testes de fundação
- Base ou fundação de impacto
- Determine as frequências naturais fundamentais.
- Verifique se a rigidez e a separação de frequências são adequadas.
Comparações de antes e depois
- Teste antes da modificação estrutural
- Teste após (enrijecimento, amortecimento, alterações de massa)
- Verifique se a modificação alcançou o efeito desejado.
- Quantificar a melhoria
O ensaio de impacto é uma técnica de análise modal prática e econômica, acessível a especialistas em vibração de campo. Utilizando apenas um martelo instrumentado e um analisador de vibração, o ensaio de impacto identifica ressonâncias estruturais, valida modificações e fornece a caracterização dinâmica necessária para solucionar problemas de ressonância e otimizar projetos estruturais em máquinas e aplicações estruturais.
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