Test sui materiali flessibili e caratterizzazione tramite l’aggiunta di misure precise

La scelta del materiale svolge un ruolo fondamentale in molti settori, dal momento che i produttori cercano di ridurre il peso e il costo di veicoli, macchine, costruzioni, dispositivi e beni di consumo in generale.

Poiché rientrano nell’ambito dell’integrità strutturale, le caratteristiche meccaniche dei nuovi componenti dei materiali, quali metallo, lega, calcestruzzo, polimeri, ceramica, plastiche strutturali stampate o compositi avanzati sono indispensabili per ottenere prestazioni ottimali in termini di sicurezza, durabilità, flessibilità, rapporto forza-peso, affidabilità e costi ridotti.

Gli scienziati e gli ingegneri che si occupano di progettazione, simulazione e test dei prodotti si basano sulle proprietà dei materiali quali sollecitazione, deformazione, modulo di trazione e coefficiente di Poisson. Disporre di dati precisi sulle proprietà dei materiali consente di prevenire eventuali danni e di anticipare i problemi prima che si verifichino.

Dunque, i test delle proprietà dei materiali costituiscono un passaggio importante per capire come si comporterà un materiale sottoposto a un’ampia gamma di sollecitazioni. Questi test in genere vengono eseguiti tramite macchine per test che soddisfanno i numerosi requisiti delle norme ISO e ASTM. Tuttavia, si raccomanda vivamente di prevedere sensori aggiuntivi poiché la loro presenza consente una migliore e più precisa comprensione delle caratteristiche strutturali.

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Cos’è il test delle proprietà del materiale o test su campione?

I test sui materiali si dividono in cinque categorie principali che ricercano le proprietà o caratteristiche dei materiali negli ambiti del deterioramento meccanico, termico, elettrico, dovuto alla corrosione, dovuto alle radiazioni o biologico.

I metodi di prova meccanici possono essere suddivisi in prove distruttive e non distruttive:

Prove distruttive: Alcuni campioni casuali vengono sottoposti a carichi talmente pesanti da essere distrutti. Ciò consente di determinare il carico massimo e il comportamento del materiale sotto l’effetto di tale carico.
Prove non distruttive: Dei campioni di materiale vengono testati senza essere distrutti.

Un’ulteriore classificazione delle procedure di prova si basa sul tipo di carico:

Prove statiche: I carichi (di trazione, di compressione o di flessione) agiscono molto lentamente o in maniera costante su un campione di materiale.
Prove dinamiche: Il campione è sottoposto a un carico brusco oppure a un carico che agisce periodicamente per un lungo periodo.
Prove cicliche: Il campione è sottoposto a cicli di carico ricorrente, di rigonfiamento o alternato, in forma ad esempio sinusoidale.
Prove d’urto: Il campione è soggetto a un urto, come nella prova di resilienza Charpy.

In una prova di trazione, il campione di prova viene portato fino al suo punto di rottura. In base alle caratteristiche del materiale, è possibile capire fino in fondo il comportamento del materiale e quanta energia può assorbire, in modo tale da prevedere la performance del prodotto nella sua applicazione in condizioni reali. Alcune prove potrebbero dover essere eseguite in camere climatiche.

Destructive Material Testing — Prove distruttive sui materiali (fare clic per ingrandire)

Risultati affidabili con l’integrazione delle attrezzature di misura HBK

Nei test sui materiali, disporre di dati dei sensori estremamente precisi consente di ottenere un quadro migliore e più preciso delle proprietà dei materiali e offre i vantaggi correlati alla presenza di dati di test più approfonditi. L’integrazione di QuantumX consente di implementare fonti di dati provenienti da sensori aggiuntivi e di ottenere risultati precisi e affidabili.

L’integrazione di una catena di misura di HBK nei sistemi di test dei materiali quali MTS, Instron o ZwickRoell è facile. L’unità può essere integrata direttamente:

In tempo reale tramite EtherCAT, PROFINET o input di tensione
Tramite integrazione con il software del PC, misurando con catman Easy e procedendo in parallelo alla fusione dei file di dati
Direttamente nel software della macchina che esegue il test tramite semplici comandi API

L’installazione in parallelo consente anche di ottenere i dati dei sensori mentre la macchina che esegue il test del materiale è in funzione. È possibile eseguire misurazioni in diversi punti del campione e su qualsiasi tipo di materiale, oltre a ricevere dati precisi riguardo al comportamento del materiale in base a carichi, deformazione, temperature e qualsiasi parametro si desideri misurare.

Vuoi vedere un esempio? Zwick Roell ha integrato QuantumX e catman nei suoi sistemi di test. Continua a leggere

HBK solution for tests up to 200 kS/s
HBK solution for tests from 200 kS/s to 2 MS/s

catman

Acquisizione, visualizzazione e analisi dei dati di misura e archiviazione degli stessi in tutti i formati di file più comuni, online o post-elaborazione. catman può anche integrare il FOM di Aramis.

QuantumX

Un sistema DAQ universale, apprezzato per la sua rumorosità ridotta, i suoi input precisi, la sua versatilità e facilità d’uso. La massima risoluzione è indispensabile quando si acquisiscono regioni elastiche relativamente piccole.

Sensori da utilizzare comunemente:

Estensimetri elettrici o ottici in tutti i casi in cui servono dati estremamente precisi
Pt100 per la misurazione della temperatura e per la compensazione del rilevamento in camere climatiche
Estensimetri
Le deformazioni della fotografia stereoscopica usando la triangolazione, ogni volta che è necessario ottenere dati approssimativi riguardo a spostamenti 3D, deformazione della superficie e immagini grafiche

Moduli utilizzati comunemente:

MX840B: amplificatore universale che supporta fino a 17 tipi di sensori diversi
MX410B: amplificatore universale ad alta velocità per misurazioni fino a 200 kS/s per canale

Perception

Easily acquire ultra-fast data from Genesis Highspeed systems and analyse these with user defined formulas. Calculations like dynamic Young’s modulus or rosette strain can be done and automatic reports per sample can be created. Cross sample report tables spanning test series with hundreds of coupons are possible as well.

Genesis HighSpeed

Modular, universal DAQ system, used for high sample rates up to 2 MS/s typically needed to test stiff or composite materials.
Available with Sigma-Delta ADCs for maximum resolution or SAR ADCs for minimized overshoot measuring fast rising signals in destructive material testing like Charpy pendulum or Hopkinson bar tests.

Typical sensors to be used:

Electrical strain gages in 1/1, ½ or ¼ configuration
IEPE type Accelerometers
Charge type sensors
DC supplied sensors like Kulite pressure transducers for fast pressure waves
Thermocouples or Ptxx for temperature measurement
Ultra-High-Speed cameras with thousands of frames/s

Typical input cards in a Genesis Highspeed system:

GN840B / GN1640B universal input card with 500 kS/s @ 24 bit supporting most common sensors
GN815 / GN816 high speed input card with 2 MS/s and SAR ADC for accelerometers for ultra-fast rising signals

HBK offre anche un servizio di assistenza per i test sui materiali, fornendo parametri relativi ai materiali caratterizzati e interpretati in maniera esaustiva, pronti per essere usati in analisi a fatica basate su FAE o CAE usando nCodeDesignLife.

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Taratura

Quando una macchina per i test sui materiali viene tarata, i punti di riferimento del dispositivo di misura vengono confrontati con un sensore di riferimento tarato in base ai valori di un laboratorio standard tracciabile e noto. Molti produttori di macchine per test in tutto il mondo tarano i propri sensori e le proprie macchine in produzione e in servizio con la catena di misura di riferimento di HBK.

DMP41 e MGCplus sono molto diffusi nei laboratori di tutto il mondo, compresi PTB, NIST e altri istituti di metrologia. QuantumX MX238B è lo strumento portatile perfetto per i servizi di taratura presso la sede del cliente. Tutti i dispositivi HBK possono essere allineati con il DakkS dal nostro laboratorio accreditato di Darmstadt, in Germania, in modo da garantire che i servizi di taratura siano eseguiti con precisione ed efficienza e diano risultati tracciabili. HBK fornisce la soluzione di misura perfetta per le macchine per test sia di materiali statici che di materiali dinamici.

Tramite il riconoscimento reciproco degli enti di accreditamento nazionali, garantiamo la validità in tutto il mondo del certificato di taratura e dei risultati della misurazione. Le procedure di taratura sono definite da norme riconosciute a livello internazionale.

È possibile anche tarare il singolo strumento. Questa operazione certifica in modo definitivo la precisione complessiva e determina la tracciabilità delle misurazioni. Sono state sviluppate norme internazionali per la taratura di velocità di spostamento della traversa (ASTM E2658 and E2309), velocità di deformazione e carico (ASTM E2309) e misurazione di tensione, compressione (ASTM E4), coppia (ASTM E2624) e forza dinamica (ASTM E467).

Nel complesso, HBK offre lo strumento giusto per effettuare diversi servizi di taratura e manutenzione in modo estremamente efficiente e tracciabile.