In questa sessione di domande e risposte, gli ingeneri applicativi MTS spiegano le sfide e le sfumature dei test a forza elevata di materiali e componenti.
D: Che cos'è un test a forza elevata? Che tipo di campione è richiesto per un test a forza elevata?
R: In generale, qualsiasi test che richieda più di 1 Meganewton (MN) o 220 kip si classifica come test a forza elevata. Il test meccanico a forza elevata è fondamentale per determinare le proprietà in termini di prestazioni e durata dei materiali, componenti e sub-assemblaggi in molti settori, inclusi materiali di costruzione come cemento e acciaio; le strutture civili, come travi, colonne e tondini per armature; e grossi componenti per l'aerospaziale, olio e gas, rotaia e turbine eoliche. Essenzialmente, se si crea un campione abbastanza grande, sarà necessario un test a forza elevata.
D: Quali applicazioni sono più comuni nei test a forza elevata?
R: Le applicazioni a forza elevata possono variare da caratterizzazioni a forza statica fino a studi dal vivo complessi e dinamici. Molti sviluppatori e produttori preferiscono testare le componenti in scala reale per via degli effetti volumetrici - se un campione o un materiale diventano più grandi, il loro comportamento potrebbe variare. Questa variabilità si verifica soprattutto per alcuni materiali, come alluminio o compositi polimerici.
D: Gli ingegneri come usano i dati dei test a forza elevata?
R: I test a forza elevata forniscono dati essenziali per lo sviluppo di strutture, componenti e prodotti affidabili che funzionino come previsto. I test a forza elevata indagano e determinano il punto massimo di stress per i materiali, che può essere difficile da prevedere, per gli effetti volumetrici che ho già citato. La dimensione del campione può influenzare fortemente la curva di fatica di un materiale, che poi viene utilizzata nella progettazione del prodotto.
Gli ingegneri usano i test a forza elevata per determinare se i meccanismi di guasto di un materiale cambino a seconda delle dimensioni del campione, e poi creano modelli che si adattano a queste variabili. Per alcuni materiali, come i compositi polimerici, i test dinamici a forza elevata aiutano gli ingegneri a capire come la trama e l'angolazione delle fibre di rinforzo influenzino la forza finale del materiale e la sua durata
D: Da quanto la MTS fornisce soluzioni a forza elevata? Dove sono state impiegate?
R: MTS affronta sfide di test a forza elevata da più di 50 anni. Siamo stati i primi a usare l'idraulica per i test ciclici dei materiali e i primi a usarla per i test a forza elevata. Questo per i clienti significa che il nostro team capisce le implicazioni di tutte le decisioni che vanno prese per ottenere una soluzione che dia i dati necessari. Abbiamo visto cosa funziona e cosa no, e possiamo aiutare ad evitare problemi prima che insorgano.
MTS ha distribuito questi sistemi in tutto il mondo, per applicazioni che vanno da ricerche base per identificare proprietà di materiali specifici, e oggi abbiamo sistemi in università, centri di ricerca governativi e strutture di produzione commerciale in una vasta gamma di settori, incluso l'aerospaziale, l'automobilistica, l'energia e l'ingegneria civile.
D: Che tipo di sistemi offre la MTS per le applicazioni di test a forza elevata?
R: La MTS offre un catalogo completo di sistemi standard di test a forza elevata per test fino a 5 MN (1100 kip) e può fornire soluzioni personalizzate e su misura anche per esigenze di forza elevata superiore. In questi casi, la MTS lavora a stretto contatto con i clienti per progettare e costruire il sistema, come un sistema a 10 MN (2200 kip) per effettuare test di piegatura su travi strutturali in acciaio, o un sistema a 30 MN (6600 kip) per effettuare test di compressione su colonne in cemento armato. I sistemi di test possono avere tradizionali orientamenti verticali o orizzontali.
D: Quali sono i vantaggi di un orientamento orizzontale o verticale?
R: Dipende dal campione che viene testato. Per esempio, un cliente che testa cavi lunghi o oleodotti potrebbe trovarsi meglio a caricare il campione in un telaio orizzontale, con l'aiuto di una gru. Al contrario, è più semplice effettuare un test di compressione su piastre in un telaio verticale, dove l'utente può configurare e allineare il campione come si deve sulla piastra inferiore, cosa che sarebbe impossibile fare in un telaio orizzontale.
Telaio di carico ad elevata potenza orizzontale
D: Questi test a forza elevata richiedono morsetti speciali?
D:Sì. I nostri morsetti sono dimensionati e progettati per ridurre la massa per i test dinamici a forza elevata. Sono progettati per essere leggeri, per migliorare le prestazioni e dare ai clienti la gamma il più vasta possibile di frequenza e forza massima. Morsetti leggeri permettono di evitare lo spreco di molta energia per ottenere gli stessi risultati.
I morsetti a forza elevata e massa ridotta offrono una vasta gamma di frequenza e forza massima
D: Come si misura la forza applicata al campione?
R: Misurare accuratamente la forza a questi carichi elevati è una sfida unica nel suo genere, e abbiamo un paio di soluzioni diverse. La MTS può produrre celle di carico personalizzate per requisiti di test a forza elevata fino a 30 MN. Questi trasduttori di forza a capacità elevata si avvalgono di un design multicolonna che resiste alle forze e ai momenti estranei per offrire maggiore accuratezza e alta rigidità laterale. Abbiamo inoltre una soluzione più economica che sfrutta un sensore di pressione per calcolare la forza applicata sulla base dell'area del pistone dell'attuatore. Questo sensore "Delta P" è facile da installare e calibrare, e ha accuratezza simile a una cella di carico a forze elevate.
Cella di carico MTS 30 MN (6500 kip)
D: Come si mantiene un allineamento corretto nelle soluzioni di test a forza elevata?
R: L'allineamento è fondamentale perché qualsiasi piegatura nel campione comprometterebbe la qualità dei dati. I nostri telai di carico offrono un sistema di allineamento superiore, che minimizza la tensione della piegatura per aumentare l'accuratezza del test e ridurre la dispersione dei dati. Inoltre, offriamo apparecchi di allineamento per le nostre soluzioni standard (fino a 1 MN) per rendere semplice individuare una qualsiasi parte della portata di carico fuori allineamento per un campione dotato di strumentazione.
D: Come sono i telai di carico ad elevata potenza della MTS rispetto ad altre soluzioni a forza elevata sul mercato?
R: I sistemi a forza di elevata di MTS sono in una categoria a parte grazie alle numerose rifiniture di progetto derivate da decenni di esigenze reali soddisfatte. Per esempio, la testata a croce saldata ha un design "a vasca da bagno" che contiene l'attuatore di sistema, minimizzando così la distanza tra il cuscinetto e la base di test, per dare risultati più accurati. I collettori di servizio idraulico (HSM) sono montati direttamente sul telaio, e usiamo accumulazione a coppia chiusa locale, se richiesto. Le colonne lisce del sistema, con morse integrali alla testata a croce, consentono un aggiustamento rapido dell'altezza della testata a croce. Tutti questi elementi di design si manifestano nell'utilità e nella robustezza senza paragoni del sistema, e nella sua capacità di effettuare test di fatica al gradi massimo di forza del telaio per periodi di tempo molto lunghi.
D: I sistemi di telaio a carico ad elevata potenza presentano sfide particolari per le stutture?
R: Sì, può essere molto complesso. Abbiamo dovuto rimuovere tetti di edifici e inserire i nostri sistemi con una gru. Installare queste soluzioni di test a forza elevata di solito richiede esperienza importante di integrazione di sistemi. Per esempio, abbiamo consegnato un sistema a 30 MN a una struttura in Taiwan, dove abbiamo integrato componenti progettate a Minneapolis e prodotte da fornitori di tutto il mondo. Anche per sistemi a forza elevata più piccoli, il design della struttura gioca un ruolo importante. Spesso la piastra base del sistema deve essere integrata al pavimento dell'edificio. Abbiamo l'esperienza per guidare i clienti lungo tutta la procedura, così capiscono come preparare la struttura per installare ed effettuare le operazioni di test con successo.
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