Quali sono le considerazioni più importanti nella scelta di un sistema di prova per l'analisi meccanica dinamica?
1. NESSUNA RISONANZA MECCANICA
Il test di analisi meccanica dinamica (DMA) è lo studio del comportamento dinamico di un materiale o di un componente. Molto spesso le caratteristiche del DMA sono studiate in funzione della variata velocità ad una ampiezza di spostamento fissa, quindi in funzione della variata frequenza. Con l'aumento della frequenza di eccitazione, l'accuratezza della misurazione dinamica del trasduttore può essere influenzata negativamente. L'eccitazione ad alta frequenza può produrre inavvertitamente modalità risonanti meccaniche all'interno della struttura del telaio che spesso danneggiano l'accuratezza della misurazione dei trasduttori di spostamento e di forza.
Le misurazioni tipiche del trasduttore di spostamento con riferimento al telaio (LVDT o encoder) possono essere alterate da un movimento errato alla base di riferimento di montaggiodel trasduttore a causa di vibrazioni risonanti. Le misurazioni del trasduttore di forza possono essere alterate a causa dell'elevata accelerazione indotta su un trasduttore a causa delle vibrazioni risonanti. Questa accelerazione può causare errori di inerzia significativi nella misurazione della forza. Esistono tecniche che possono aiutare a ridurre la sensibilità di un trasduttorea queste vibrazioni indesiderate, ma queste tecniche non sono prive di compromessi. Un approccio più efficace consiste nell'eliminare tutte le risonanze meccaniche del telaio che possono essere presenti nell'intervallo di funzionamento del sistema. Con uno standard di calibrazione dinamica, una verifica dinamica può confermare che le misurazioni DMA non sono alterate da risonanze meccaniche. Un buon sistema DMA non presenterà alcuna modalità di risonanza meccanica dannosa nell'asse di misurazione.
2. CAPACITÀ DI MISURARE AMPIEZZE DI GAMMA DINAMICA ESTREME
I requisiti dei test DMA spesso spingono i limiti sull'ampiezza di gamma dinamica della forza e dei trasduttori di movimento. Per alcuni elastomeri e materiali termoplastici, sono spesso necessarie misurazioni sia al di sopra che al di sotto della temperatura di transizione vetrosa all'interno della stessa configurazione di prova. Il modulo elastico (e la rigidità) del materiale può cambiare di un fattore 1.000 quando si passa da temperature inferiori alla transizione vetrosa in cui il materiale è duro come il vetro, a temperature superiori alla temperatura di transizione vetrosa alla quale il materiale è gommoso e relativamente morbido.
Ciò implica che se fosse applicata una forza sinusoidale costante durante la configurazione del test, gli spostamenti del materiale nella regione vetrosa potrebbero essere relativamente piccoli. Ma quella stessa ampiezza di forza sinusoidale applicata sopra la transizione vetrosa, quando la rigidità potrebbe cambiare di un fattore 1.000, significa che anche lo spostamento sopra la transizione vetrosa cambierebbe di un fattore 1.000. Al contrario, se fosse applicato uno spostamento sinusoidale costante durante la configurazione del test, le forze del materiale nella regione gommosa potrebbero essere relativamente piccole. Ma quella ampiezza di spostamento costante applicata sopra la transizione vetrosa, quando la rigidità potrebbe cambiare di un fattore 1.000, significa che anche l'ampiezza di forza cambierebbe di un fattore 1.000. Entrambi gli scenari richiedono un sistema di prova con la capacità di misurare attraverso ampiezze di gamma dinamica estreme.
3. CONTROLLO SUPERIORE DELL'AMPIEZZA DINAMICA
La maggior parte degli elastomeri e dei termoplastici ha una significativa non linearità di ampiezza, il che significa che il modulo elastico misurato (o rigidità) del materiale dipende dall'ampiezza dell'eccitazione applicata. Ampiezze di input differenti (spostamento o forza) risulteranno in differenti rigidezze o moduli misurati. Infatti lo scopo di alcuni programmi di test è misurare questa dipendenza dall'ampiezza. Per questi test viene applicata una scansione di ampiezza con una frequenza e una temperatura fisse e viene riportato il modulo misurato risultante. Per molti test il parametro variabile è la frequenza di eccitazione e la temperatura del materiale. Ma poiché il modulo del materiale e la risposta dei materiali sono così dipendenti dall'ampiezza, è estremamente importante che l' ampiezza dell'eccitazione dell'input del test sia nota e controllata con precisione. Questo controllo dell'ampiezza diventa ancora più difficile a frequenze di test più elevate.
Il controllo dell'ampiezza dinamica desiderata viene realizzato in modo più efficace tramite loop di servocomando in tempo reale e spesso tramite compensatori di loop esterni aggiuntivi. È importante che queste leggi di controllo abbiano un'elevata larghezza di banda e siano solidamente stabili. I circuiti di controllo a bassa larghezza di banda o compensatori del circuito esterno lenti possono imporre ulteriori cicli di "apprendimento" o "convergenza" sul campione e causare il riscaldamento interno del campione, con la conseguenza di dati sulle caratteristiche del materiale fuorvianti. La mancanza di leggi di controllo estremamente stabili può anche provocare l'instabilità del circuito di controllo che spesso danneggia il campione. In sintesi, il controllo superiore dell'ampiezza dinamica è un attributo fondamentale del sistema di test DMA.
