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Teste de Vibração usando máquina vibratória Eletro-Magnética

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Contents Tabela de Figuras .............................................................................................................................................................. 3

História da Vibração .......................................................................................................................................................... 4

Por que o Teste de Vibração é útil? .................................................................................................................................. 6

Teste de Vibração e Ciclo de Produto ............................................................................................................................... 6

Testes Periódicos .............................................................................................................................................................. 7

Testes de Vibração Senoidal ......................................................................................................................................... 7

Medição de Ressonância ........................................................................................................................................... 7

Teste de Pesquisa da Ressonância Senoidal ............................................................................................................. 8

Teste de Varredura Senoidal ..................................................................................................................................... 9

Testes Periódicos ...................................................................................................................................................... 9

Testes de Vibração Aleatória ........................................................................................................................................ 9

Testes Aperiódicos .................................................................................................................................................... 9

Teste Aleatório de Banda Larga .............................................................................................................................. 10

Testes de Vibração Combinados ................................................................................................................................. 12

Modo Misto – Aleatório em Aleatório .................................................................................................................... 12

Testes Avançados em Modo Misto ............................................................................................................................. 13

Conclusão ........................................................................................................................................................................ 14

Trabalho Citado ............................................................................................................................................................... 14

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Tabela de Figuras

Figura 1: Exemplos onde ocorre muita vibração .............................................................................................................. 4

Figura 2: Modelo de um dos primeiros controladores para vibração .............................................................................. 4

Figura 3: Primeiros microprocessadores........................................................................................................................... 5

Figura 4: Nova geração de controladores ......................................................................................................................... 5

Figura 5: Modelo de shaker combinado com câmara climática ....................................................................................... 6

Figura 6: Posicionamento dos acelerômetros .................................................................................................................. 7

Figura 7: Painel de um carro com diversos acelerômetros fixados .................................................................................. 8

Figura 8: Gráfico Transmissibilidade x Entrada ................................................................................................................. 8

Figura 9: Gráfico de Teste Aleatório ............................................................................................................................... 10

Figura 10: Gráfico de vibração em equipamentos de armazenagem de aviões a jato ................................................... 10

Figura 11: Gráfico de vibração em veículos de rodas ..................................................................................................... 11

Figura 12: Gráfico de vibração em veículos militares ..................................................................................................... 12

Figura 13: Gráfico de especificação de teste Aleatório em Aleatório em veículos controlados .................................... 12

Figura 14: Gráfico de vibração em aeronaves movidas a hélice ..................................................................................... 13

Figura 15: Controlador Dactron Laser ............................................................................................................................. 13

Figura 16: Análise estrutural de um vagão usando medição de vibração ...................................................................... 14

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História da Vibração

Os vibradores ou shakers eram capazes de representar seno e choque com bastante sucesso, e tudo o que

precisavam era um bom sinal do conversor de uma fonte pura controlada.

A fonte foi fornecida com instrumentação analógica e, nesse momento, só foram capazes de produzir e controlar as

formas de onda periódicas regulares.

Figura 1: Exemplos onde ocorre muita vibração

Produzir banda larga aleatória era muito difícil.

Vibrar uma armadura móvel dentro dos seus limites exige alguns algoritmos de controle inteligentes. Os

computadores da época eram muito grandes, caros e, o pior de tudo, lentos. Para computar os muitos cálculos

necessários não era prático.

No início, o aleatório foi representada por instrumentação analógica semelhante empregada em testes de seno, que

utilizou margens de filtros de passa-baixa. Estes foram sintonizados pelo engenheiro de teste usando habilidade e

experiência.

Figura 2: Modelo de um dos primeiros controladores para vibração

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Por volta de 1962 os primeiros circuitos TTL se tornaram comercialmente disponíveis, mas não foi até 1974 que o

primeiro microprocessador estava disponível como um circuito integrado comum. A partir daí, a capacidade dos

computadores aumentou drasticamente e os primeiros sistemas de controle digital reais nasceram.

Figura 3: Primeiros microprocessadores

Com esta nova tecnologia, testes aleatórios poderiam agora ser aplicados automaticamente e controlados por um

computador. O tempo de ciclo de controle ou a resposta ainda era relativamente lento. Às vezes vários segundos se

passavam antes da saída do conversor se atualizar. Alguns parâmetros de controle inventivas foram criadas para

lidar com esses atrasos.

Agora temos processadores que podem fazer muitos cálculos em poucos milissegundos e uma malha de controle

aleatório que pode ser tão baixa quanto 100 ms.

Figura 4: Nova geração de controladores

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Por que o Teste de Vibração é útil?

Testes ambientais tem sido reconhecidos para fornecer uma maneira repetitível e controlada da introdução de um

produto a um regime de testes que simulam a “Vida Real" ou para estressar um produto de uma forma controlada.

Combinação de temperatura, umidade, pressão e tensões mecânicas podem fazer quebrar um produto antes do

lançamento. Isto, obviamente, aumenta o custo de produção no curto prazo, mas se paga a longo prazo.

Figura 5: Modelo de shaker combinado com câmara climática

Teste de Vibração e Ciclo de Produto

Testes de desenvolvimento de protótipos com especificações conhecidas, representando a exposição a vibração

esperada.

Processo de fabricação com a garantia de qualidade que cada item tem qualidade de construção consistente. Repita

cada perfil de vibração em um lote fabricado para qualificar consistência.

Testes de vibração de transporte do produto para simular as condições de navegação, transporte e manuseio de

produtos para verificar a resistência.

Testes de confiabilidade para confirmar uma função dos produtos ao longo de um determinado período de tempo e

de sinais de fraquezas que podem aparecer a longo prazo.

Testes de melhoria de design que permitem mudanças para reduzir falhas de vibração raras e intermitentes.

Testes de vibração de aceitação final que confirmam que todos os produtos foram submetidos a um requisito

mínimo antes do lançamento.

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Testes Periódicos

Exemplos de teste de vibração senoidal:

Varredura de Seno para cobrir uma Faixa de Frequência (Pesquisa da Ressonância)

Frequência de permanência da Ressonância (Resistência à Sobrevivência) destinado a fadigar até freqüências

conhecidas encontrados a partir de uma pesquisa de ressonância.

Frequências fixas para um período de tempo (teste de resistência).

Testes de Vibração Senoidal

Medição de Ressonância

Dois acelerômetros (um na mesa do agitador, o outro sobre a amostra) são usados para medir a transmissibilidade

da aceleração entre dois pontos.

A função de transmissibilidade é calculada com base na relação dos dois sinais de aceleração.

Figura 6: Posicionamento dos acelerômetros

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Teste de Pesquisa da Ressonância Senoidal

A varredura do seno de baixa amplitude é executada a partir de uma frequência baixa para uma frequência mais

alta, geralmente a uma taxa logarítmica constante, para procurar quaisquer ressonâncias naturais dentro da unidade

em teste (UEE).

Esta Unidade pode ter muitos acelerômetros afixados, em pontos de interesse, para medir essas freqüências

ressonantes.

Figura 7: Painel de um carro com diversos acelerômetros fixados

Os dados medidos podem ser exibidos como nível pela freqüência. Tipicamente, um gráfico deTransmissibilidade ou

Função de Transferência é produzido para mostrar a relação da resposta à entrada controlada.

Figura 8: Gráfico Transmissibilidade x Entrada

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Teste de Varredura Senoidal

Um teste de resistência pode ser aplicado à amostra varrendo acima e abaixo ao longo de uma gama de frequências,

para completar um determinado número de varreduras ou um tempo de ensaio. Isto não simula um ambiente de

vida real.

Para garantir que todas as freqüências receberão a mesma quantidade de ciclos de fadiga, a freqüência irá varrer

(mudar) logaritmicamente. No entanto, para garantir que um número significativo de ciclos de fadiga serão

aplicados, o teste senoidal pode ter muitas horas varrendo acima e abaixo.

Testes Periódicos

Período de Teste usando vibração senoidal.

Frequência de permanência da Ressonância (Resistência à Sobrevivência) destinado a fadigar até freqüências

conhecidas encontrados a partir de uma pesquisa de ressonância.

Qualquer freqüência de ressonância, que foi identificado a partir dos critérios de pesquisa pode ser testado com

uma freqüência individual mantida por um período específico e nível. Isto prova a capacidade de sobrevivência da

amostra em condições extremas. Estes são tipicamente controlados para assegurar que um cenário de pior caso é

mantido. Assim que a ressonância fadiga a amostra o novo Fn é rastreado para% da freqüência. Uma grande

mudança na Fn e na amostra é considerado como um item falho.

Frequências fixas para um período de tempo (teste de resistência). Estes são freqüências normalmente conhecidas

de interesse do teste especificado e são fixados em freqüências e níveis definidos.

Testes de Vibração Aleatória

Testes Aperiódicos

Vibração Aleatória de Banda Larga - Teste de Vida Acelerado (Simulando ambientes operacionais)

Vibração Aleatória de Banda Estreita - A faixa de freqüência definida com uma largura de banda estreita baixa.

Normalmente sobreposta sobre Banda Larga Aleatória.

Teste Combinado (Modo Misto)

Seno em Aleatório ( Simulação de máquinas rotativas)

Aleatório em Aleatório ( Simulação de veículos rastreados)

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Teste Aleatório de Banda Larga

Para uma simulação mais realística do ambiente da vida real pode-se usar Vibração Aleatória de Banda Larga, que

excita uma banda de frequência definida. As freqüências de ressonância são, portanto, excitadas com regularidade e

em conjunto, que pode causar interação.

Figura 9: Gráfico de Teste Aleatório

Especificação de Teste Aleatório

Figura 10: Gráfico de vibração em equipamentos de armazenagem de aviões a jato

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Figura 11: Gráfico de vibração em veículos de rodas

Tabela 1: Tabela típica de ponto de interrupção

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Testes de Vibração Combinados

Modo Misto – Aleatório em Aleatório

Simula o ambiente vibratório nos veículos controlados das forças armadas ou qualquer estrutura em que o PSD

global aleatório está relacionado a um dispositivo de velocidade variável ou mudanças com o tempo.

ASTM (Sociedade Americana para Testes e Materiais)

Norma militar norte americana 810E:

M1A1 Carro Blindado

M109 Artilharia Automotora

M113 Veículo Blindado de Transporte Pessoal

Figura 12: Gráfico de vibração em veículos militares

Figura 13: Gráfico de especificação de teste Aleatório em Aleatório em veículos controlados

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Figura 14: Gráfico de vibração em aeronaves movidas a hélice

Testes Avançados em Modo Misto

Figura 15: Controlador Dactron Laser

O controlador Dactron Laser tem mais de 12 bandas estreitas que podem ser sobrepostas para o perfil de

banda larga.

Cada banda estreita pode ser fixa ou varrida dentro do seu próprio perfil.

O método de controle de cada nível pode ser composto pela soma ou o valor máximo para cada frequência.

Em adição aos ensaios anteriores de Seno em Aleatório e Aleatório em Aleatório é também possível

combinar os tons aleatórios e de seno de banda estreita num perfil de teste para banda larga.

Conhecido como Seno Aleatório em Aleatório

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Conclusão

É necessário considerar todos os ambientes nos quais a amostra será exposta durante seu tempo de vida.

Então, pode-se melhor representar as condições dinâmicas com perfis de teste de Seno, Aleatório, Seno em

Aleatório ou Aleatório em Aleatório.

Alguns exemplos:

Respostas Periódicas Senoidais são características de navios, disparos repetitivos, motores de hélice,

helicópteros e maquinário rotativo.

A Vibração Aleatória é característica dos transportes, aviões a jato, motores de foguete, ruídos de veículos e

fluxo de água na tubulação.

Seno em aleatório é visto em helicópteros e maquinário rotativo.

Sine on Random is seen in helicopters and rotating machinery

Aleatório em Aleatório é tipicamente encontrado em veículos controlados.

Figura 16: Análise estrutural de um vagão usando medição de vibração

Trabalho Citado B&K. Vibration Testing using an EM shaker. In T. Harrison.