D: Quali tipi di applicazioni implicano il controllo a più gradi di libertà e perché?
Dottor Shawn You: L'obiettivo finale è simulare le condizioni operative del mondo reale e caratterizzare le prestazioni del campione in un ambiente di laboratorio controllato. Le prove a più gradi di libertà (DOF) vengono utilizzati in molti settori, solitamente per caratterizzare componenti o strutture grandi o complessi. Gli esempi includono tavole vibranti standard e personalizzate (simulatori sismici), tavole di simulazione multiassiali utilizzate per testare componenti di veicoli terrestri, apparati di prova strutturali civili per prove su componenti di edifici e ponti, prove di pale di elicotteri nel settore aerospaziale e prove di carrelli su rotaia.
D: Quali sfide presenta questo tipo di prova?
Dottor You: La parte più importante di queste prove è il controllo della forza, del movimento o dell'accelerazione in un sistema di coordinate globale. Ciò comporta la trasformazione dei singoli sistemi di coordinate degli attuatori nel sistema di coordinate globale del sistema di prova. Quando si parla di campioni molto grandi e deformazioni molto ampie, la matematica coinvolta in questi calcoli è complessa.
D: In che modo MTS aiuta i clienti ad affrontare questa sfida?
Dottor You: Abbiamo sviluppato uno strumento chiamato DOF Control Software, che stabilisce un sistema di coordinate per orchestrare un numero qualsiasi di attuatori di caricamento con un massimo di sei gradi di libertà. Il concetto alla base di questo strumento è semplice. Se si pensa a un apparato di prova a due DOF, ogni singolo attuatore da sé farà in modo che il campione segua un percorso ad arco. Il nostro software comprende le relazioni tra i due percorsi dell'arco, quindi può fornire il controllo necessario per produrre puro movimento verticale e laterale, e lo fa per qualsiasi numero di attuatori. Può anche funzionare in modalità di controllo misto, ad esempio controllando la forza nel piano verticale e lo spostamento nel piano laterale.
D: Di quali vantaggi possono beneficiare i clienti quando utilizzano il DOF Control Software?
Dottor You: Il vantaggio maggiore è l'acquisizione di risultati più precisi di quelli che si avrebbero altrimenti, grazie al preciso coordinamento di più attuatori. Anche il DOF Control Software risulta facile da configurare per gli ingegneri di prova: si deve solamente inserire le coordinate e qualche altra variabile, ed è pronto all'uso. Inoltre, il software aiuta i team di prova ad affrontare situazioni molto complesse, come un sistema sovravincolato.
D: Può spiegare in che modo il DOF Control Software gestisce un sistema sovravincolato?
Dottor You:In teoria, è possibile controllare qualsiasi punto nel sistema di coordinate fino a sei gradi di libertà con un numero di attuatori uguale o superiore al numero di gradi di libertà. Ma, in molti casi, le dimensioni del campione o la natura dell'applicazione richiedono che le squadre di prova utilizzino, ad esempio, 30 attuatori. Quando hai più attuatori che gradi di libertà, gli attuatori potrebbero entrare in conflitto tra loro. Il nostro software bilancia automaticamente i movimenti degli attuatori aggiuntivi in modo che funzionino in modo coordinato, invece di lavorare l'uno contro l'altro. Ci occupiamo della compensazione ad accoppiamento incrociato in modo simile. Cercare di controllare i sistemi sovravincolati o la compensazione dell'accoppiamento incrociato con le tecniche precedenti comporterebbe molto più lavoro.
D: Qual è l'alternativa all'utilizzo del software di controllo DOF?
Dottor You: Gli ingegneri di prova devono scrivere equazioni in modo esplicito per ogni trasformazione. Questo può funzionare per piccole deformazioni, ma non è preciso con le grandi deformazioni. Alcuni dei team di prova con cui abbiamo collaborato hanno sviluppato un proprio software per farlo, ma richiede molto tempo e fatica. Altri team si sono resi conto che, senza la capacità di orchestrare con precisione gli attuatori, non potevano eseguire la prova di cui avevano bisogno. Con DOF Control Software, le equazioni vengono formate automaticamente e i calcoli sono preimpostati; tutto quello che il team di prova deve fare è inserire le coordinate geometriche del campione in un modello.
D: Quali sono le origini del DOF Control Software?
Dottor You: Tutto è iniziato con le tavole vibranti usate per le prove sui componenti automobilistici. Queste tavole utilizzano molti attuatori che operano in sinergia per spostare la tavola all'interno di un sistema di coordinate globale. MTS ha sviluppato la prima tavola vibrante che utilizzava questo particolare metodo di controllo, poi ci siamo resi conto che il software era estremamente utile per molte altre applicazioni di prova, quindi lo abbiamo reso disponibile come pacchetto separato.
D: Ogni istanza del software di controllo DOF è collegata a uno specifico apparato di prova personalizzato?
Dottor You: In generale, sì; questi sono sistemi di prova personalizzati. Ma abbiamo reso la soluzione potenzialmente flessibile, perché il modello del campione, che guida i calcoli di trasformazione, può essere modificato in modo relativamente semplice. Ad esempio, in un'applicazione strutturale civile potrebbe essere necessaria una nuova configurazione di attuatori per accogliere un campione di dimensioni diverse o un campione con un orientamento diverso. Il nostro team può aiutare i clienti ad adattare il modello per queste esigenze, in modo che possano utilizzare il proprio apparato di prova e il proprio software personalizzati per più di un'applicazione. Abbiamo applicato il software di controllo DOF a centinaia di sistemi e abbiamo decenni di esperienza nella risoluzione di questi problemi per i clienti di molti settori.
Dottor Shawn You: L'obiettivo finale è simulare le condizioni operative del mondo reale e caratterizzare le prestazioni del campione in un ambiente di laboratorio controllato. Le prove a più gradi di libertà (DOF) vengono utilizzati in molti settori, solitamente per caratterizzare componenti o strutture grandi o complessi. Gli esempi includono tavole vibranti standard e personalizzate (simulatori sismici), tavole di simulazione multiassiali utilizzate per testare componenti di veicoli terrestri, apparati di prova strutturali civili per prove su componenti di edifici e ponti, prove di pale di elicotteri nel settore aerospaziale e prove di carrelli su rotaia.
D: Quali sfide presenta questo tipo di prova?
Dottor You: La parte più importante di queste prove è il controllo della forza, del movimento o dell'accelerazione in un sistema di coordinate globale. Ciò comporta la trasformazione dei singoli sistemi di coordinate degli attuatori nel sistema di coordinate globale del sistema di prova. Quando si parla di campioni molto grandi e deformazioni molto ampie, la matematica coinvolta in questi calcoli è complessa.
D: In che modo MTS aiuta i clienti ad affrontare questa sfida?
Dottor You: Abbiamo sviluppato uno strumento chiamato DOF Control Software, che stabilisce un sistema di coordinate per orchestrare un numero qualsiasi di attuatori di caricamento con un massimo di sei gradi di libertà. Il concetto alla base di questo strumento è semplice. Se si pensa a un apparato di prova a due DOF, ogni singolo attuatore da sé farà in modo che il campione segua un percorso ad arco. Il nostro software comprende le relazioni tra i due percorsi dell'arco, quindi può fornire il controllo necessario per produrre puro movimento verticale e laterale, e lo fa per qualsiasi numero di attuatori. Può anche funzionare in modalità di controllo misto, ad esempio controllando la forza nel piano verticale e lo spostamento nel piano laterale.
D: Di quali vantaggi possono beneficiare i clienti quando utilizzano il DOF Control Software?
Dottor You: Il vantaggio maggiore è l'acquisizione di risultati più precisi di quelli che si avrebbero altrimenti, grazie al preciso coordinamento di più attuatori. Anche il DOF Control Software risulta facile da configurare per gli ingegneri di prova: si deve solamente inserire le coordinate e qualche altra variabile, ed è pronto all'uso. Inoltre, il software aiuta i team di prova ad affrontare situazioni molto complesse, come un sistema sovravincolato.
D: Può spiegare in che modo il DOF Control Software gestisce un sistema sovravincolato?
Dottor You:In teoria, è possibile controllare qualsiasi punto nel sistema di coordinate fino a sei gradi di libertà con un numero di attuatori uguale o superiore al numero di gradi di libertà. Ma, in molti casi, le dimensioni del campione o la natura dell'applicazione richiedono che le squadre di prova utilizzino, ad esempio, 30 attuatori. Quando hai più attuatori che gradi di libertà, gli attuatori potrebbero entrare in conflitto tra loro. Il nostro software bilancia automaticamente i movimenti degli attuatori aggiuntivi in modo che funzionino in modo coordinato, invece di lavorare l'uno contro l'altro. Ci occupiamo della compensazione ad accoppiamento incrociato in modo simile. Cercare di controllare i sistemi sovravincolati o la compensazione dell'accoppiamento incrociato con le tecniche precedenti comporterebbe molto più lavoro.
D: Qual è l'alternativa all'utilizzo del software di controllo DOF?
Dottor You: Gli ingegneri di prova devono scrivere equazioni in modo esplicito per ogni trasformazione. Questo può funzionare per piccole deformazioni, ma non è preciso con le grandi deformazioni. Alcuni dei team di prova con cui abbiamo collaborato hanno sviluppato un proprio software per farlo, ma richiede molto tempo e fatica. Altri team si sono resi conto che, senza la capacità di orchestrare con precisione gli attuatori, non potevano eseguire la prova di cui avevano bisogno. Con DOF Control Software, le equazioni vengono formate automaticamente e i calcoli sono preimpostati; tutto quello che il team di prova deve fare è inserire le coordinate geometriche del campione in un modello.
D: Quali sono le origini del DOF Control Software?
Dottor You: Tutto è iniziato con le tavole vibranti usate per le prove sui componenti automobilistici. Queste tavole utilizzano molti attuatori che operano in sinergia per spostare la tavola all'interno di un sistema di coordinate globale. MTS ha sviluppato la prima tavola vibrante che utilizzava questo particolare metodo di controllo, poi ci siamo resi conto che il software era estremamente utile per molte altre applicazioni di prova, quindi lo abbiamo reso disponibile come pacchetto separato.
D: Ogni istanza del software di controllo DOF è collegata a uno specifico apparato di prova personalizzato?
Dottor You: In generale, sì; questi sono sistemi di prova personalizzati. Ma abbiamo reso la soluzione potenzialmente flessibile, perché il modello del campione, che guida i calcoli di trasformazione, può essere modificato in modo relativamente semplice. Ad esempio, in un'applicazione strutturale civile potrebbe essere necessaria una nuova configurazione di attuatori per accogliere un campione di dimensioni diverse o un campione con un orientamento diverso. Il nostro team può aiutare i clienti ad adattare il modello per queste esigenze, in modo che possano utilizzare il proprio apparato di prova e il proprio software personalizzati per più di un'applicazione. Abbiamo applicato il software di controllo DOF a centinaia di sistemi e abbiamo decenni di esperienza nella risoluzione di questi problemi per i clienti di molti settori.
