Ensayos de vibración y validación

Testes de vibração e sua validação

Ao resumir uma vida inteira de tensão e desgaste em um curto período, os testes de vibração são capazes de revelar fraquezas ocultas de design.

Precisamos ter a certeza de que os produtos são capazes de suportar os choques e tensões enfrentados durante a sua vida útil. Por exemplo:

  • Um telefone celular deve ser capaz de suportar o chacoalho em uma mochila, bem como cair no chão várias vezes. Se ele não puder lidar com esse uso diário geral, os custos de garantia extrapolarão para o fabricante, resultando em um risco real de deterioração da marca e dos clientes procurarem uma outra da próxima vez que comprarem um novo telefone.
  • Um satélite precisa ser capaz de sobreviver às vibrações excessivas resultantes de seu lançamento no espaço. Caso esteja com defeito, os investimentos no desenvolvimento e construção do satélite podem ser comprometidos.

Para assegurar que os produtos que os clientes recebem estejam intactos e totalmente funcionais, é fundamental que eles sejam capazes de sobreviver à jornada que se inicia no momento em que são encaixotados na fábrica até chegarem ao seu destino final.

Além disso, muito mais do que simplesmente aguentar as forças físicas temporárias, os desenvolvedores precisam assegurar que seus produtos manterão a integridade e qualidade que representam a marca no futuro. A qualificação e a verificação do produto são feitas através de inúmeras simulações nas fases de desenvolvimento, mas a simulação em si não é suficiente. Também é necessário realizar testes físicos nos protótipos e itens de fim de linha, tanto para validar os resultados simulados quanto para comprovar a durabilidade dos produtos aos clientes.

Como assegurar a integridade dos produtos

Os testes de vibração ajudam os fabricantes a assegurarem a qualidade, confiabilidade e durabilidade dos produtos completos e de seus componentes. Os testes de vibração são capazes de revelar fraquezas de design que apenas se tornariam aparentes durante o transporte, instalação e uso, tal como um capacete que cai no chão. Alguns desses testes, tais como o buzz, squeak and rattle (BSR) nos interiores de veículos, também são capazes de detectar o desenvolvimento de ruídos indesejados. No caso de testes ambientais, tais como os testes de vida útil altamente acelerados (HALT) e a inspeção de tensão altamente acelerada (HASS), é necessário combinar os testes de vibração às câmaras ambientais, a fim de adicionar as tensões de expansão do rápido aquecimento e resfriamento. Tais testes são geralmente realizados em componentes e produtos industriais e eletrônicos, em equipamentos médicos e em equipamentos militares.

Perfis de testes de vibração

Qual a origem dos perfis dos testes de vibração? Os clientes, usuários finais ou fabricantes que incorporam um componente em um conjunto, frequentemente definem, por conta própria, as especificações e os procedimentos dos testes de vibração. Eles geralmente baseiam-se na experiência e no conhecimento de quais soluções de design funcionam bem e quais não. O teste de vibração é capaz de oferecer uma abordagem mais estruturada para a compreensão dos modos de falha e dos defeitos que são causados pela vibração.

Testes de acordo com as normas

Muitos perfis de testes de vibração são definidos por normas desenvolvidas por muitos anos. Há um grande número delas e, com frequência, elas se dedicam a aplicações e produtos específicos. Alguns exemplos são a DIN, ISO, BS, MIL, IEC e ASTM. O uso de testes de acordo com as normas é especialmente adotado pelas indústrias aeroespaciais e de defesa. Algumas delas são a MIL-STD-810, NATO STANAGs e a AS/EN9100.

 

Selecionando um sistema

É fundamental que o seu sistema seja apropriado para o teste – capaz de gerar os tipos necessários de vibração e de lidar com as forças geradas ao testar cargas úteis específicas. Acima de tudo, o automonitoramento dos níveis da vibração resultante é essencial para certificar-se de que o seu objeto de teste não seja submetido a tensões desnecessárias.

Existem muitas maneiras de configurar os sistemas para atender os requisitos de seus testes. Veja alguns tipos comuns de testes de vibração e nossas sugestões de sistemas para conduzi-los. Existem muitas outras maneiras diferentes de configurar os sistemas para tipos de teste específicos; caso os seus requisitos não sejam atendidos por estas sugestões específicas, explore a seção de produtos de testes de vibração ou contate-nos para discutir as suas necessidades de teste.

Os testes de durabilidade e fadiga ajudam os fabricantes a avaliar a capacidade de seus produtos e componentes de aguentar a utilização típica. Sujeitar componentes, conjuntos e produtos acabados a vibrações que imitem as condições reais é essencial para avaliar se os produtos são adequados à finalidade por toda a sua vida útil. Ao conduzir os testes de durabilidade, os produtos ou são testados para atender a certas normas, frequentemente definidas pelos fabricantes originais de equipamentos e principais fornecedores, ou então são agitados até serem destruídos.

Os testes de durabilidade são geralmente repetitivos e, portanto, precisam ser fáceis de organizar, conduzir e concluir. A capacidade de armazenar perfis de teste através de softwares de controle e de reutilizá-los repetidamente é compatível com a simples execução do teste.

Sugestão de sistema

Durability testing system overview

No caso de testes de durabilidade, uma configuração comum de sistema emprega um shaker de força média refrigerado a ar, que pode ser usado em uma configuração vertical ou horizontal como, por exemplo, um conjunto V875-440. Trata-se de um shaker versátil para cargas úteis de até 600 kg (1323 lb), inclusive conjuntos e subconjuntos automotivos e aeroespaciais. O shaker nesse sistema pode ser substituído para acomodar cargas úteis de diferentes tamanhos.

Para testar como os produtos, componentes e subsistemas resistem a uma queda, um choque induzido ou mesmo um choque pirogênico, é comum realizar testes de choque temporário, testes de queda e/ou testes de impacto Ao conduzir testes de choque, cargas úteis tais como televisores, peças automobilísticas ou eletrodomésticos brancos de grande porte são movidas rapidamente por um curto período a 100 g ou 11 m/s, a fim de simular um carro se chocando contra um buraco ou uma televisão sendo derrubada durante o transporte.

Os fabricantes originais de automóveis, bem como os fabricantes de equipamentos militares e comerciais possuem normas para os testes de choque. Algumas delas são a SAE J1455 para testes de choque e queda de veículos e componentes, a IEC 60068-2-27, a IEC 60068-2-29 e a IEC 60068-2-31 para choques, colisões e quedas clássicas de produtos comerciais, e a MIL-STD-810 para testes clássicos de choque e para análises do espectro de resposta ao choque (SRS) de sistemas militares. A capacidade de armazenar e reutilizar perfis de teste padronizados através do software de controle propicia a simples execução do teste.

Sugestão de sistema

Shock and drop testing system overview

Para os testes de choque, sugerimos um sistema baseado no shaker refrigerado a ar de força média V8, com o melhor deslocamento do mercado de 63,5 mm (2.5 in) e um pico de velocidade de 1,8 m/s (70.9 in/s). O intuitivo controlador LASERUSB, cujo software de teste de choque oferece o rápido e preciso registro e análise dos testes de choque, é quem controla isso. Para uma análise de choque mais avançada, o BK Connect Shock Response Analysis calcula o SRS a partir de fenômenos transitórios no domínio do tempo, a fim de determinar o potencial de dano dos eventos transientes.

Os testes de embalagem e de simulação de transporte foram concebidos para simular o trajeto de um produto desde o momento em que é encaixotado na fábrica até chegar ao cliente. Sua finalidade primária é assegurar que a embalagem protegerá suficientemente o produto e que ela, sozinha, será capaz de resistir ao estresse do transporte. Os testes foram concebidos para reproduzirem os efeitos do transporte em, por exemplo, um palete de televisões encaixotadas, uma máquina de lavar roupas embalada para transporte ou um caixote de componentes para um veículo ou avião. Os testes também podem ser usados para aprimorar o design das embalagens e otimizar o uso dos materiais de embalagem.

Sugestão de sistema

Package testing and transport vibration simulation system overview 

O sistema sugerido para os testes de embalagem combinam um shaker LDS V875-640, montado com um expansor de cabeça de magnésio com um controlador LASERUSB e um amplificador SPA-K.

A inspeção de tensão ambiental, também conhecida como teste controlado por temperatura, ou 'shake and bake', é uma forma de teste na qual os produtos são submetidos a altas ou baixas temperaturas ou a uma flutuação de temperatura cíclica, sendo, ao mesmo tempo, agitados para assegurar que a combinação de tensão térmica e de vibração não resultará em um produto defeituoso. É uma maneira de comprovar a estabilidade operacional em situações extremas, tais como condições desérticas, ambientes de fabricação sob altas temperaturas ou condições meteorológicas extremamente frias. Os tipos de teste incluem testes de vida útil altamente acelerados (HALT) e a inspeção de tensão altamente acelerada (HASS). O ESS é comum em produtos militares e componentes que frequentemente funcionam sob temperaturas extremas, bem como para produtos industriais tais como componentes automotivos – tanto componentes de motor e conjuntos do interior de cabines. No caso de produtos militares, a faixa de temperatura de teste é de –55 °C a +125 °C. No caso de produtos industriais, a faixa comum é de –40 °C a +85 °C.

Sugestão de sistema

Environmental stress screening (ESS) system overview 

Para realizar testes de estresse ambiental, um shaker, tal como um V875 com um acessório termicamente condicionado e uma barreira térmica, é instalado em uma câmara ambiental, de forma que apenas a carga útil e o acessório do shaker estejam dentro da câmara. Dependendo do tipo de teste, o shaker pode possuir uma configuração vertical ou horizontal. O controlador LASERUSB é compatível com testes padronizados, incluindo os testes de acordo com as normas MIL-STD-810 e DEF STAN 00-35.

A exigência dos consumidores por melhor qualidade e confiabilidade fez com que os fabricantes de automóveis do mundo todo realizassem testes abrangentes para ruídos incômodos. Os testes de buzz, squeak and rattle (BSR) asseguram a durabilidade e a isenção de ruído dos componentes e interiores automotivos, para aumentar o conforto dos passageiros. Componentes e conjuntos, tais como painéis de instrumentos, retrovisores e interiores de veículos são testados. Os fabricantes originais de equipamentos e principais fornecedores frequentemente procuram testar os maiores conjuntos possíveis, tais como estruturas veiculares de até 1/2 buck e 1/4 buck.

Sugestão de sistema

Buzz, squeak and rattle system overview

Dependendo da carga útil sendo testada, um típico sistema para testes BSR é composto de um shaker V780 com acessórios customizados, por exemplo, para montar um painel. Além do próprio sistema do shaker, é necessária uma identificação da fonte de ruído baseada em array, bem como tecnologias de engenharia do som, para a detecção aperfeiçoada, validação e aprimoramento do desempenho dos chiados e chocalho.

Os testes de qualificação e aceitação (Q&A) asseguram que os projetos dos equipamentos atendem as expectativas de desempenho exigidas para uma missão em particular – desde a montagem e transporte até o lançamento e a operação.

 Visto que os parâmetros das missões de satélite e lançador variam muito, os parâmetros e configurações de teste diferem significantemente. Por exemplo, com os testes mecânicos de Q&A de satélites, os procedimentos de teste de qualificação convencionais (QTP) são geralmente diferentes dos procedimentos de teste de aceitação convencionais (ATP). O QTP é mais abrangente e realizado em modelos de engenharia em níveis mais superiores, a fim de qualificar os projetos mecânicos. Ele normalmente inclui testes ambientais tais como de vibração, choque e fadiga acústica, sendo que as cargas úteis podem ser agitadas até a destruição ou passar por ensaios não destrutivos para avaliar o seu desempenho. O ATP, por outro lado, é um teste de produção realizado no modelo de voo em si, a fim de demonstrar se a estrutura atende as especificações de desempenho.

Mechanical satellite qualification test system overview

Os testes de qualificação incluem:

  • Testes de vibração aleatórios e de varredura sinusoidal, que envolvem a vibração do satélite em um shaker LDS de grande porte, tal como o V994, a fim de localizar as fraquezas estruturais e assegurar que não ocorrerão mudanças dinâmicas estruturais importantes.
  • Testes de choque para simular e analisar os choques (pirogênicos) encontrados, por exemplo, durante a separação e a colocação em funcionamento dos painéis solares

O controlador LASERUSB é compatível com testes padronizados, incluindo os testes de acordo com as normas MIL-STD-810 e DEF STAN 00-35

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