Ensayos de fatiga y ensayos de durabilidad

Un ensayo de fatiga o un ensayo de durabilidad es necesario para validar estructuras ligeras de componentes de vehículos y maquinaria. HBM ofrece cadenas de medición completas optimizadas para estos tipos de ensayos, integradas por galgas extensométricas, transductores de fuerza y de desplazamiento, amplificadores y software de adquisición de datos.

Ensayo de fatiga de materiales y estructuras

Debido a la necesidad de mejorar la eficiencia energética de los vehículos y la maquinaria, muchas piezas y componentes mecánicos, tanto los que se fabrican en materiales tradicionales como en nuevos materiales, son cada vez más ligeros y trabajan cerca de sus límites de fatiga. Sin embargo, en el caso de los componentes estructurales con funciones de seguridad —como los ejes y las ruedas de los vehículos— debe excluirse cualquier posibilidad de fallo por fatiga durante el funcionamiento.  Igualmente, tampoco es admisible el fallo por fatiga de componentes funcionales críticos, como los cigüeñales y bielas, que puedan propiciar a su vez la avería de un vehículo o una máquina completa.

En el caso de una estructura ligera, se utiliza una combinación de modelo de simulación y ensayo de durabilidad experimental. Se utiliza el ensayo de fatiga para determinar la vida de fatiga del  material, mediante una curva de fatiga (curva de Woehler) o una curva de fatiga en condiciones de amplitud variable (curva de Gassner). Estas curvas características de los materiales son importantes para los modelos de simulación de la durabilidad. Estos modelos de simulación, basados en el método de elementos finitos, se suelen utilizar en las primeras fases de diseño para comparar distintas alternativas o para identificar puntos críticos en componentes estructurales.

Por su parte, losl ensayos de durabilidad en laboratorio empieza en cuanto se dispone del primero prototipo de una pieza o componente. En las fases más tempranas, la prueba de carga dinámica puede utilizar un diagrama de bloques simplificado para comparar entre sí variantes de diseño. En las fases más avanzadas, en cambio, los valores de carga en condiciones reales se reproducen en un banco de ensayos de durabilidad, con el fin de determinar y verificar la vida de fatiga absoluta de la construcción seleccionada.

Aparte de la prueba de carga dinámica a largo plazo, que permite calcular la vida de fatiga de una probeta, el ensayo de durabilidad incluye también una prueba de carga estática, en la que se determina la fuerza (o tensión) estática máxima que puede tolerar una probeta; a esta categoría pertenecen el ensayo de tracción, el ensayo de compresión, el ensayo de flexión y el ensayo de torsión. En los ensayos de caracterización, se determina la distribución de tensiones a lo largo de una estructura con el objetivo de validar un modelo de elementos finitos.

Ventajas

HBM ofrece ventajas importantes en relación con las pruebas de durabilidad y fatiga:

  • Una cadena de medición completa, formada por galgas extensométricas, amplificadores y software de adquisición, en la que todos los componentes se adaptan perfectamente entre sí
  • Una completa solución de software para este tipo de aplicaciones, lista para utilizar sin programación
  • Gran inmunidad a las interferencias electromagnéticas y a la deriva térmica, gracias al empleo de tecnología de frecuencia portadora, módulos amplificadores distribuidos y funciones de autoajuste de todos los canales.
  • Compensación de los efectos de cable, gracias a nuestra tecnología patentada de amplificadores con circuitos de 4, 5 y 6 hilos.
  • Un amplio catálogo de galgas extensométricas eléctricas, con plazos de entrega cortos. Incluso galgas precableadas para uso inmediato.
  • Galgas extensométricas ópticas e interrogadores ópticos para pruebas de fatiga en condiciones de alta deformación de materiales composite

Screenshots of HBM's catman data acquisition software

Cómputo de ciclos span-pair

cómputo en línea y posprocesamiento de ciclos del colectivo de carga aplicada, utilizando el método de cómputo span-pair, que consiste en la comparación visual de los colectivos de carga.

Cómputo de ciclos Rainflow

cómputo en línea y posprocesamiento de ciclos Rainflow sobre un colectivo de cargas aplicadas, en forma de matriz Range-Mean o de matriz From-To.

Gráficos de tendencia

visualización de los valores pico de respuesta con respecto a un estímulo (por ejemplo, desplazamiento con respecto a fuerza) para todos los ciclos. Permite detectar la posible aparición de daños en una probeta; incluso permite emitir alarmas si se sobrepasan los límites de tolerancia.

Alarmas en caso de sucesos inesperados

notificación visual, sonora o mediante correo electrónico al usuario, y generación de mensajes de registro, cuando los valores de medición se desvían del rango esperado.

Fácil configuración de canales

la configuración de los canales resulta rápida y cómoda. Solo hay que arrastrar y soltar el tipo correcto de puente de galga desde la base de datos de sensores a los canales que se desea configurar.

Grabación solo picos y valles

es posible planificar secuencias de grabación solo de picos y valles, durante pruebas a largo plazo (por ejemplo, se graban los picos y valles de todos los ciclos, o solo los correspondientes a 1 ciclo de cada 10); esta función incluye la detección automática de ciclos.

Comprobación de estado de los canales de galgas extensométricas

verificación de los canales de galgas extensométricas para garantizar su correcto cableado, comparando la lectura con el desequilibrio esperado del puente al aplicar una resistencia de shunt.

Análisis de tensiones

cálculo predefinido en línea y posprocesamiento de las tensiones y deformaciones principales, medidas con rosetas de galgas

Grabación de ciclos seleccionados

es posible planificar secuencias de grabación solo de ciclos seleccionados, durante pruebas a largo plazo (por ejemplo, grabación de 1 ciclo completo cada 10 ciclos); esta función incluye la detección automática de ciclos.

Integración en máquinas de ensayos de materiales del fabricante Zwicks

integración de mediciones de deformación complementarias con galgas extensométricas asociada a la probeta, en máquinas de ensayos de materiales del fabricante Zwick; por ejemplo, para verificar la alineación del portaprobeta, o para realizar pruebas de compresión después de impactos (CAI) en materiales composite.

Medición con galgas ópticas

integración de interrogadores para galgas extensométricas ópticas de red de Bragg, y conversión automática de las longitudes de onda de los picos medidos (nm) en extensiones (µm/m).


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