Mark Menzuber, director de Mercado de MTS, y Scott Anderson, ingeniero sénior de Aplicaciones de MTS, analizan las opciones y tendencias en la medición de deformaciones sin contacto.
P. ¿Qué son las soluciones para la medición de deformaciones sin contacto?
Menzuber: Los dispositivos tradicionales para medir la deformación, como los calibres extensométricos y los extensómetros de pinza, deben fijarse a la probeta, mientras que los métodos sin contacto combinan los láseres o las cámaras digitales con sistemas de grabación y técnicas de medición de imágenes probadas. Juntas, estas tecnologías de imagen y las técnicas de medición pueden calcular con precisión los desplazamientos, las deformaciones y las tasas de deformación en varios ejes para cualquier artículo de prueba. Scott, ¿le gustaría explicar un poco más sobre cada tipo de tecnología de medición?
Anderson: Claro, Mark. Las soluciones para la deformación sin contacto más simples (NCSS) son unidimensionales (1D) y miden la distancia entre dos puntos o marcas en la muestra que se está probando. Estas soluciones 1D se utilizan para medir la tensión/compresión de punto a punto y el desplazamiento de la apertura de grieta (COD). Las tecnologías más comunes que se utilizan hoy en día para este tipo de NCSS son los láseres, los escáneres de líneas ópticas y el software de correlación de imágenes digitales (DIC).
Los extensómetros sin contacto también se utilizan para las mediciones 2D (XY). Estos dispositivos miden deformaciones promedio axiales, deformaciones transversales axiales (para valoress r, n y k), medidas de cizallamiento y crecimiento de grietas.
Las mediciones de deformación en 3D (X-Y-Z) requieren una capacidad de imagen estereoscópica con al menos 2 conjuntos de lentes que vean el mismo objeto desde una distancia fija, para determinar las mediciones verticales (Y), horizontales (X) y fuera del plano (Z). Estas tecnologías 3D permiten a los usuarios aprovechar el potente software DIC para medir el desplazamiento, la deformación y la velocidad de deformación en todo el campo.
P. ¿Por qué la gente usa dispositivos para la medición de deformaciones sin contacto?
Menzuber: Si bien existen buenas razones para utilizar extensómetros de contacto tradicionales, la medición de deformaciones sin contacto a menudo puede mejorar la precisión de los datos y ahorrar tiempo.
Con una solución de deformación sin contacto, los datos de la prueba no se ven comprometidos por el peso o los bordes afilados de un dispositivo de contacto sobre la muestra. Esta falta de interferencia es particularmente importante cuando se trabaja con muestras suaves o delicadas.
El registro de imágenes identifica claramente las ubicaciones de las fallas de las muestras, ofreciendo oportunidades para revisar y mejorar los datos de las pruebas, principalmente a través de los ajustes de las mediciones posteriores a las pruebas. La capacidad de saber con precisión cómo se comporta la muestra significa que se pueden obtener datos precisos con menos pruebas, lo que ahorra tiempo. Los datos físicos registrados también se pueden posprocesar y utilizar para crear, validar o incluso mejorar los modelos existentes de AEF (análisis de elementos finitos) de los materiales seleccionados.
Por lo tanto, las soluciones para la medición de deformaciones sin contacto pueden capturar fácilmente datos precisos y completos; y la necesidad de datos más detallados sobre el rendimiento de las probetas, sobre todo cuando se evalúan nuevos materiales compuestos y otros materiales avanzados o probetas con geometrías únicas, está fomentando la demanda de soluciones sin contacto.
P. ¿Tiene ejemplos de datos más completos que conduzcan a una mayor comprensión de las probetas?
Anderson: Por lo general, los usuarios del sistema de control de calidad (QC) desean optimizar sus pruebas y mejorar la cantidad de pruebas que pueden obtener de un equipo de prueba y de un operador en un día. Para estas aplicaciones en las que el material es homogéneo, plano e isotrópico, un extensómetro axial 1D fácil de usar representa un ahorro de tiempo increíble, ya que no es necesario adjuntarlo a la muestra entre las pruebas.
Para trabajos de desarrollo o investigación donde el material/muestra puede no ser homogéneo, plano e isotrópico (como un material compuesto o fabricado aditivamente, o pequeñas estructuras/dispositivos) puede haber oportunidades para mejorar la productividad del laboratorio de pruebas al capturar visualmente los mecanismos de falla. Cuando se realiza por diseño, el número de pruebas necesarias se puede reducir drásticamente. Al utilizar un extensómetro 2D (cámara biaxial única) o 3D (sistema estereoscópico), el usuario recopila mucha más información de una sola prueba.
Las pruebas de materiales básicos con un único sistema óptico 2D pueden proporcionar con facilidad información sobre la deformación axial y transversal para determinar los valores de la relación de Poisson, r, n y k. Incluir una grabación de video de la prueba aporta pruebas de los resultados de la misma para los responsables del laboratorio y los patrocinadores de la prueba.
P. ¿Está ocurriendo una tendencia hacia la medición de la deformación sin contacto en todos los mercados y aplicaciones de las pruebas de materiales?
Menzuber: Gracias a los avances relativamente recientes en los procesadores informáticos y la tecnología de alta resolución de lentes digitales, las soluciones para la deformación sin contacto se han vuelto más fáciles de usar y más económicas, lo que las convierte en una opción viable para todos los ámbitos de las pruebas de materiales. Ahora los responsables de laboratorios pueden aprovechar las tecnologías para la medición de deformaciones sin contacto para mejorar la precisión de los datos y la productividad del laboratorio. Existe una amplia gama de soluciones disponibles en la actualidad, por lo que pueden encontrar las opciones que mejor se adapten a su conjunto único de retos de prueba.
P. ¿Qué tiene de particular el enfoque de MTS para las soluciones de deformación sin contacto?
Menzuber: Reconocemos que la selección de la mejor solución de deformación sin contacto para un laboratorio determinado depende de numerosos factores, incluidas las aplicaciones, los materiales y el nivel de experiencia del operador de pruebas. Teniendo en cuenta estas variables, la mejor solución suele necesitar experiencia en la integración de sistemas. Por lo tanto, la responsabilidad de MTS con nuestros clientes es comprender los pros y los contras de todas las tecnologías NCSS, centrar nuestras conversaciones iniciales en sus necesidades de aplicación específicas y, después, recomendar la solución óptima para sus requisitos de laboratorio integrales. Hasta que no comprendamos el conjunto completo de objetivos, no hacemos una recomendación de NCSS. A veces, esa propuesta incluirá un producto NCSS de MTS, pero muchas veces aprovecharemos una de nuestras muchas relaciones con los fabricantes de equipos originales de NCSS y colaboraremos en una solución integrada que satisfaga mejor las necesidades de ese cliente.
P. Un momento, ¿MTS puede ofrecer cualquier capacidad de NCSS en el mercado?
Anderson: Sí, trabajamos muy de cerca con todos los principales proveedores de soluciones sin contacto para ofrecer la mejor solución para las necesidades específicas de cada cliente. Sabemos cómo incorporar dispositivos de medición de Correlated Solutions, GOM, Trilion, Match ID y muchos otros con nuestros sistemas de prueba para ofrecer una experiencia de prueba integrada y sin problemas. Consideramos que la mejor manera de ayudar a nuestros clientes es desarrollar nuestra experiencia en la integración de diversas soluciones sin contacto.
P. ¿Cómo ayuda MTS a proporcionar una solución de prueba integrada?
Menzuber: Hemos reunido un equipo central de ingenieros de aplicaciones y expertos en integración de sistemas que se mantienen actualizados en las tecnologías de medición de la deformación sin contacto. Este equipo considera todo, desde la compatibilidad del sistema hasta la integración y sincronización de datos de la prueba. Gracias a nuestra amplia y creciente base de conocimientos en productos y aplicaciones NCSS, podemos escuchar los requisitos de pruebas y análisis de datos de un cliente, reflexionar sobre diversas soluciones disponibles en el mercado y ayudar a adaptar la solución adecuada a las necesidades específicas de la aplicación.
P. ¿Y para las necesidades de los probadores de control de calidad? ¿No sería excesivo el uso de soluciones sin contacto para estas pruebas más sencillas?
Anderson:Su complejidad, en comparación con los dispositivos para la medición de deformaciones con contacto, ha sido uno de los inconvenientes al utilizar soluciones sin contacto para las pruebas de control de calidad. Ahora tenemos soluciones que son muy fáciles de configurar y utilizar para las pruebas de fatiga monotónicas o axiales. Estas soluciones necesitan muy poca intervención del operador entre las pruebas, lo que las hace ideales para los entornos de alto rendimiento que se encuentran en las pruebas de control de calidad.
P. ¿Y el investigador de materiales? ¿Qué soluciones existen para los que hacen I+D?
Anderson: Para el investigador de materiales, la integración, sincronización y análisis de datos precisos son requisitos básicos fundamentales. Aquí es donde MTS trabaja en estrecha colaboración con los proveedores de soluciones 3D para ayudar a nuestros clientes con sus necesidades de correlación de imágenes digitales, medición de la deformación en todo el campo, reproducción de video, análisis posterior a la prueba y comparación de modelos de análisis de elementos finitos (FEA). Trabajamos con expertos en este campo para ayudar a garantizar que la configuración completa del sistema de prueba del cliente proporcione los resultados que necesita.
