En esta entrevista, los ingenieros de aplicaciones de MTS hablan sobre los retos y matices de las pruebas de materiales y componentes de alta resistencia.
P: ¿Qué es un prueba de alta fuerza? ¿Qué tipos de probetas requieren pruebas de alta fuerza?
R: En general, cualquier prueba que requiera más de 1 Meganewton (MN), o 220 kip, califica como un prueba de alta fuerza. Las pruebas mecánicas de alta fuerza son fundamentales para determinar las propiedades de rendimiento y durabilidad de los materiales, componentes y subconjuntos en muchos sectores, incluidos los materiales de construcción como el concreto y el acero; las estructuras civiles, como las vigas, los pilares y las barras de refuerzo; y los grandes componentes para la industria aeroespacial, el petróleo y el gas, los ferrocarriles y las turbinas eólicas. Esencialmente, si hace una probeta lo suficientemente grande, necesitará un prueba de alta fuerza.
P: ¿Qué aplicaciones son más comunes en las pruebas de alta fuerza?
R: Las aplicaciones de alta fuerza pueden variar desde la caracterización de la resistencia estática hasta estudios de vida complejos y dinámicos. Muchos desarrolladores y fabricantes de productos prefieren probar componentes a gran escala debido a los efectos volumétricos; a medida que una muestra o probeta de material aumenta de tamaño, su comportamiento puede cambiar. Esta variabilidad es especialmente cierta para algunos materiales, como el aluminio o los compuestos poliméricos.
P: ¿Cómo utilizan los ingenieros los datos de las pruebas de alta fuerza?
R: Las pruebas de alta fuerza ofrecen datos fundamentales para desarrollar estructuras, componentes y productos confiables que funcionan como se espera. Las pruebas de alta fuerza investigan y determinan las tensiones máximas de los materiales, que pueden ser difíciles de predecir debido a los efectos volumétricos mencionados en la respuesta anterior. El tamaño de la probeta puede influir en gran medida en la curva de fatiga de un material, que se utiliza en el diseño de productos.
Los ingenieros utilizan pruebas de alta fuerza para determinar si los mecanismos de falla de un material varían según el tamaño de las probetas y luego crean modelos que se adaptan a estas variaciones. Para algunos materiales, como los compuestos poliméricos, las pruebas dinámicas de alta fuerza ayudan a los ingenieros a comprender cómo el tejido y el ángulo de las fibras de refuerzo afectan la resistencia máxima y la vida útil del material.
P: ¿Desde cuándo ofrece MTS soluciones de alta fuerza? ¿Dónde se han implementado?
R: MTS lleva más de 50 años solucionando los retos de las pruebas de alta resistencia. Fuimos los primeros en utilizar la hidráulica para las pruebas cíclicos de materiales y los primeros en utilizarla para las pruebas de alta fuerza. Lo que esto significa para los clientes es que nuestro equipo entiende las implicaciones de todas las decisiones que hay que tomar para conseguir una solución que ofrezca los datos que necesita. Hemos visto qué funciona y qué no y podemos ayudarlo a evitar problemas antes de que comiencen.
MTS ha implementado estos sistemas a nivel mundial para aplicaciones que van desde la investigación básica hasta la identificación de propiedades específicas de materiales y hoy tenemos sistemas en universidades, centros de investigación gubernamentales e instalaciones de fabricación comercial en una amplia gama de industrias que incluyen aeroespacial, automotriz, energía e ingeniería civil.
P: ¿Qué tipo de sistemas ofrece MTS para aplicaciones de prueba de alta fuerza?
R: MTS ofrece una cartera completa de sistemas de prueba estándar de alta fuerza para probar hasta 5 MN (1100 kip) y también puede proporcionar soluciones diseñadas a medida para requisitos de capacidad de fuerza más alta. En estos casos, MTS trabaja en estrecha colaboración con los clientes para diseñar y construir su sistema, como un sistema de 10 MN (2200 kip) para realizar pruebas de doblez de vigas de acero estructural, o un sistema de 30 MN (6600 kip) para realizar pruebas de compresión de columnas de concreto reforzadas. Los sistemas de prueba pueden tener una orientación vertical u horizontal tradicional.
P: ¿Cuáles son las ventajas de una orientación horizontal o vertical?
R:Eso depende de la probeta que se esté probando. Un cliente que prueba cables de gran longitud u oleoductos, por ejemplo, puede que le resulte más fácil cargar la probeta en un bastidor horizontal utilizando una grúa puente. Por el contrario, un prueba de compresión con platos es mucho más fácil de realizar en un bastidor vertical donde el usuario puede colocar y alinear correctamente la probeta en el plato inferior, algo que sería casi imposible de hacer en un bastidor horizontal.
Bastidor de carga de alta fuerza horizontal
P: ¿Las pruebas de alta fuerza requieren mordazas especiales?
R: Sí. Nuestras mordazas están dimensionadas y diseñadas para reducir la masa para pruebas dinámicos de alta fuerza. Están diseñadas para ser livianas para mejorar el rendimiento y brindar a los clientes el rango más amplio posible de frecuencia y fuerza máxima. Las mordazas ligeros ayudan a evitar desperdiciar una gran cantidad de energía para obtener los mismos resultados.
Las mordazas de alta fuerza de masa reducida ofrecen una amplia gama de frecuencia y fuerza máxima.
P: ¿Cómo se mide la fuerza aplicada a las probetas?
R: Medir con precisión la fuerza con estas altas cargas es un reto único, y tenemos un par de soluciones diferentes. MTS puede fabricar celdas de carga personalizadas para requisitos de prueba de alta fuerza de hasta 30 MN. Estos transductores de fuerza de alta capacidad pueden presentar un diseño de varias columnas o un diseño de tubo que resiste fuerzas y momentos extraños para lograr una mayor precisión y una alta rigidez lateral. También tenemos una solución más económica que utiliza un sensor de presión para calcular la fuerza aplicada en función del área del pistón del actuador. Este sensor "Delta P" es fácil de instalar y calibrar y tiene una precisión similar a la de una celda de carga con alta fuerza.
Celda de carga MTS 30 MN (6500 kip)
P: ¿Cómo se mantiene la alineación adecuada en soluciones de prueba de alta fuerza?
R:La alineación es fundamental porque cualquier flexión en la muestra comprometerá la calidad de los datos. Nuestros bastidores de carga muestran una alineación superior del sistema, lo que minimiza la tensión de flexión para mejorar la precisión de la prueba y reducir la dispersión de datos. Además, ofrecemos accesorios de alineación para nuestras soluciones estándar (hasta 1 MN) que facilitan la detección de si alguna parte del tren de carga de una probeta completamente instrumentada está desalineada.
P: ¿Cómo se comparan los bastidores de carga de alta fuerza MTS con otras soluciones de alta fuerza en el mercado?
R: Las numerosas mejoras de diseño derivadas de décadas de satisfacer las necesidades del mundo real sitúan a los sistemas de alta fuerza de MTS en una categoría propia. Por ejemplo, la cruceta soldada tiene un diseño de "bañera" que contiene el actuador del sistema, lo que minimiza la distancia entre el cojinete y la base de la prueba para proporcionar resultados más precisos. Los colectores de servicio hidráulico (HSM) se montan directamente en el bastidor y utilizamos acumulación local de acoplamiento cerrado según sea necesario. Las columnas lisas del sistema con abrazaderas integradas en la cruceta permiten un ajuste rápido de la altura de la cruceta. Todos estos elementos de diseño se manifiestan en la inigualable utilidad y firmeza del sistema, así como en su capacidad para realizar pruebas de fatiga con toda la fuerza nominal del bastidor durante periodos de tiempo muy prolongados.
P: ¿Los sistemas de bastidores de carga de alta fuerza presentan retos únicos para las instalaciones?
R: Sí, puede ser un gran reto. Tuvimos que retirar los techos de los edificios y trasladar los sistemas con una grúa. La instalación de estas soluciones de prueba de alta fuerza generalmente requiere una amplia experiencia en integración de sistemas. Por ejemplo, entregamos un sistema de 30 MN a una instalación en Taiwán donde integramos componentes diseñados en Minneapolis y fabricados por proveedores de todo el mundo. Incluso para sistemas más pequeños de alta fuerza, el diseño de las instalaciones juega un papel importante. La placa base del sistema a menudo debe integrarse con el suelo del edificio. Tenemos la experiencia para guiar a los clientes a través del proceso, para que comprendan cómo preparar la instalación para una instalación exitosa y operaciones de prueba.
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