Các phương pháp thử nghiệm rung xóc

Dựa trên sự tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực công nghệ, đặc biệt là trong phần cứng và phần mềm chuyên dụng, các nhà nghiên cứu đã có khả năng tạo ra môi trường mô phỏng hoàn hảo hơn, giúp họ thực hiện các bài thử nghiệm phức tạp hơn và chân thực hơn. Những bài thử nghiệm này nhằm mô phỏng các điều kiện vật lý thực tế mà một đối tượng cụ thể có thể gặp phải trong quá trình vận hành thực tế của nó. Hãy cùng COMIT tìm hiểu về các phương pháp thử nghiệm rung xóc qua bài viết sau đây nhé!

Máy thử nghiệm rung xóc

Máy thử nghiệm rung xóc là gì?

Máy thử nghiệm rung xóc là gì? Máy thử nghiệm rung xóc, thường được gọi là shaker testing machine hoặc vibration testing machine, là một thiết bị được sử dụng để tạo ra các rung động hoặc tác động rung động. Các rung động này tác động trên một đối tượng, sản phẩm hoặc thành phần cụ thể để đánh giá và kiểm tra độ bền, độ ổn định, và hiệu suất của chúng trong môi trường tương tự như thực tế.

Máy thử nghiệm rung xóc có thể điều chỉnh để tạo ra các mô phỏng rung động khác nhau, từ rung nhẹ đến rung mạnh và từ tần số thấp đến tần số cao, phù hợp với yêu cầu kiểm tra cụ thể của sản phẩm hoặc thành phần. Điều này giúp người nghiên cứu và kỹ sư đánh giá và cải thiện hiệu suất và độ bền của sản phẩm trước khi chúng được đưa vào sản xuất hoặc sử dụng trong các ứng dụng thực tế.

Các ứng dụng chính của máy thử nghiệm rung xóc

Các ứng dụng chính của máy thử nghiệm rung xóc bao gồm:

• Kiểm tra sản phẩm và linh kiện: Các sản phẩm và linh kiện, như điện tử, ô tô, máy móc, và thiết bị y tế, cần phải chịu được các yếu tố rung động trong quá trình vận hành. Máy thử nghiệm rung xóc giúp đánh giá xem chúng có thể chịu được môi trường này và có tuổi thọ, độ bền như mong muốn hay không.
• Nghiên cứu sự ảnh hưởng của rung động: Máy thử nghiệm rung xóc được sử dụng trong nghiên cứu để hiểu rõ sự ảnh hưởng của các yếu tố rung động đối với cấu trúc và thiết kế sản phẩm. Điều này giúp cải thiện thiết kế để chống lại các tác động không mong muốn của rung động.
• Kiểm tra và đánh giá độ tin cậy: Đối với các sản phẩm yêu cầu độ tin cậy cao, như máy bay, tàu thủy, và thiết bị y tế quan trọng, máy thử nghiệm rung xóc được sử dụng để đảm bảo rằng chúng có khả năng hoạt động đúng cách trong các điều kiện rung động mà chúng có thể gặp phải trong thực tế.

Các hình thức rung phổ biến của máy thử nghiệm rung xóc

Thực tế, trong quá trình hoạt động hoặc trong quá trình vận chuyển,… có nhiều loại và hình thức rung xóc mà môi trường tác động lên sản phẩm. Các hệ thống máy thử nghiệm rung xóc hiện nay chủ yếu mô phỏng 3 hình thức rung phổ biến nhất là rung ngẫu nhiên (Random), rung hình Sin (Sine) và rung sốc cổ điển (Classic Shock).

Rung ngẫu nhiên (Random Vibration)

Rung ngẫu nhiên là gì? Rung ngẫu nhiên là hình thức rung phổ biến nhất và phù hợp để mô phỏng các tác động rung ngẫu nhiên mà sản phẩm hoặc thành phần có thể trải qua trong quá trình vận hành hoặc vận chuyển. Rung ngẫu nhiên thường được mô phỏng bằng cách sử dụng một dãy tần số và biên độ ngẫu nhiên.

Trong lĩnh vực kỹ thuật, rung ngẫu nhiên là một loại chuyển động không xác định, tức là một loại dao động mà không thể dự đoán chính xác. Đây là một yếu tố phổ biến trong các kích thích đầu vào, ví dụ như khi bạn lái xe ô tô trên đường, hoặc khi bạn đo đạc chiều cao sóng trên mặt nước.

Để đo lường độ rung ngẫu nhiên, người ta thường sử dụng mật độ phổ gia tốc (ASD). Gia tốc vuông trung bình gốc (Grms) là căn bậc hai của diện tích dưới đường cong ASD trong một khoảng tần số cụ thể. Grms thường được sử dụng để biểu diễn tổng năng lượng của một sự kiện rung ngẫu nhiên cụ thể, và nó là một giá trị thống kê quan trọng trong kỹ thuật cơ khí, đặc biệt trong thiết kế và phân tích cấu trúc.

Mặt khác, mật độ phổ công suất (PSD) thường được sử dụng để xác định rung động ngẫu nhiên. Mặc dù ASD có thể được sử dụng khi đo lường gia tốc, nhưng PSD thường được coi là phù hợp hơn trong phân tích cấu trúc và thử nghiệm rung động.

Trong thử nghiệm rung ngẫu nhiên, một chuỗi tần số được kích thích và đo lường đồng thời. Thường, rung động trong các thử nghiệm này có băng thông rộng trong phổ tần số, có nghĩa là nó chứa tất cả các tần số trong một dải tần số tương đối rộng với biên độ dao động khác nhau. Biên độ dao động có thể biến đổi ngẫu nhiên, có thể có chu kỳ hoặc không có chu kỳ.

Một điểm quan trọng là không phải tất cả các mô hình dao động đều tuân theo phân phối Gaussian ngẫu nhiên, và thời gian tại đỉnh dao động có thể thay đổi. Bằng cách điều khiển đặc điểm gọi là Kurtosis (đỉnh nhọn) của tín hiệu rung ngẫu nhiên, bạn có thể kiểm soát sự phân phối xác suất của biên độ dao động. Kurtosis là một thống kê được sử dụng để đo lượng đỉnh trong tín hiệu rung ngẫu nhiên. Khi Kurtosis bằng 0, đỉnh đỉnh nhọn ít và độ rung ngẫu nhiên gần với phân phối Gaussian ngẫu nhiên.

Rung hình Sin (Sine)

Rung hình Sin là gì? Rung hình Sin là hình thức rung đơn giản nhất và thường được sử dụng để kiểm tra sự đáp ứng của sản phẩm hoặc thành phần với một tần số và biên độ cụ thể. Điều này thường được áp dụng trong trường hợp sản phẩm phải hoạt động ở một tần số cố định, chẳng hạn như các thiết bị điện tử hoặc cơ học.

Rung hình Sin được biểu thị dưới dạng một kết hợp giữa gia tốc và tần số. Một môi trường chịu tác động của rung hình Sin thường được xác định bởi một tần số cơ bản và các bội số của tần số đó. Thông thường, có nhiều tần số cơ bản khác nhau, và mỗi tần số cơ bản này sẽ tạo ra một loạt các bội số tương ứng.

Liên quan đến mối quan hệ giữa biên độ dịch chuyển rung và tần số rung, có môi trường rung trong một số tình huống thực tế, như trên trực thăng, máy bay cánh quạt hoạt động ở hiệu suất thấp, hoặc cối xay gió, có khả năng tạo ra kích thích hình Sin cơ bản với một dải băng thông rộng vô cùng thấp. Nguyên nhân của kích thích này xuất phát từ tốc độ quay của các động cơ, cánh quạt, và tần số đi qua các bộ phận như tuabin.

Có những trường hợp, để nghiên cứu tác động của độ mệt mỏi và sự thay đổi của tần số cộng hưởng có thể gây ra, người ta thường áp dụng kích thích cấu trúc ở tần số cộng hưởng trong một khoảng thời gian dài. Thử nghiệm Sin Dwell thường được thực hiện trên một số bộ phận của máy bay, chẳng hạn như cánh quạt hoặc tuabin.

Rung sốc cổ điển (Classic Shock)

Rung sốc cổ điển là gì? Rung sốc là hình thức thử nghiệm được sử dụng để mô phỏng các tác động rung đột ngột và mạnh, chẳng hạn như va chạm, rơi rớt, hoặc va đập. Đây là hình thức rung thường được sử dụng để đánh giá độ bền và khả năng chịu sốc của sản phẩm hoặc linh kiện trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Thử nghiệm sốc là một phương pháp được áp dụng để kiểm tra độ tin cậy của các đơn vị được thử nghiệm, đảm bảo rằng chúng có khả năng chịu đựng được các tác động vật lý và vẫn có thể hoạt động bình thường trong các điều kiện môi trường khắt khe nhất.

Quá trình thử nghiệm sốc bao gồm một loạt các quy trình như:

• Chức năng Shock: Đánh giá khả năng của sản phẩm để duy trì chức năng trong quá trình mô phỏng tác động sốc.
• Vật liệu đóng gói: Kiểm tra tính bền của vật liệu đóng gói để đảm bảo rằng sản phẩm được bảo vệ hiệu quả khỏi tác động sốc.
• Tính dễ vỡ: Xác định khả năng của sản phẩm để chịu đựng tác động sốc mà không bị hỏng hoặc hỏng hóc.
• Chuyển tuyến tính: Đánh giá sự tương quan tuyến tính giữa tác động sốc và phản ứng của sản phẩm.
• Thử nghiệm Shock Crash Hazard: Xem xét các tác động sốc mà sản phẩm có thể gây ra trong một tình huống va chạm.
• Bench Handling: Đánh giá khả năng sản phẩm được xử lý và di chuyển trong quá trình sản xuất và vận chuyển.
• Tác động của con lắc: Xem xét cách sản phẩm đáp ứng khi có tác động sốc liên quan đến chuyển động dao động.

Tùy thuộc vào môi trường mà bạn muốn mô phỏng, bạn có thể lựa chọn giữa phương pháp Classic Shock hoặc Shock Response. Trên hệ thống máy rung, bạn có thể chọn các chế độ thực hiện như Classic Pulses, bao gồm Half Sine, Terminal Sawtooth, Square Wave, và Trapezoidal.

Trong quá trình thử nghiệm sốc, Shock Response Spectrum (SRS) thường được sử dụng làm mục tiêu. SRS thể hiện biểu đồ của tác động sốc dưới dạng biểu đồ hoặc bất kỳ gia tốc tức thời nào khác đối với các hệ thống đơn độ tự do (SDOF) như khối trên lò xo sẽ phản ứng với tác động thông qua băng thông tần số được xác định.

Đánh giá kết quả sau khi thử nghiệm rung xóc bằng máy thử nghiệm rung xóc động lực học

Sau khi hoàn thành quá trình thử nghiệm rung xóc bằng máy thử nghiệm rung xóc động lực học, việc đánh giá kết quả thử nghiệm thường được thực hiện thông qua các phương pháp sau:

• Đánh giá trực tiếp bằng quan sát ngoại quan: Quan sát sản phẩm và bao bì đóng gói: Kiểm tra xem bao bì đóng gói của sản phẩm có bị biến dạng, móp méo không. Đánh giá xem sản phẩm sau quá trình thử nghiệm có bị gãy, vỡ các khớp nối không (kiểm tra vị trí các ốc vít, các vị trí gắn keo kết nối). Tuy nhiên, phương pháp đánh giá này có thể không phát hiện được những lỗi ẩn bên trong sản phẩm thử nghiệm (nếu có).
• Đánh giá qua phân tích biểu đồ trên phần mềm: Trong suốt quá trình thử nghiệm, một biểu đồ tương ứng với từng phương pháp thử sẽ được tạo ra, giúp người vận hành theo dõi, phân tích và đánh giá sản phẩm có những hỏng hóc, biến đổi nào hay không. Thông qua biểu đồ này, người vận hành có thể xác định những tác động rung xóc cụ thể trên sản phẩm.
• Đánh giá thông qua các phương pháp thử nghiệm vận hành: Đây là một phương pháp quan trọng để đánh giá sản phẩm sau khi trải qua quá trình thử nghiệm rung xóc. Sau thử nghiệm, sản phẩm sẽ được chạy thử trong điều kiện hoạt động bình thường. Dựa trên chức năng và yêu cầu cụ thể của sản phẩm, người vận hành có thể đánh giá xem sản phẩm có hoạt động bình thường hay không. Điều này giúp đảm bảo rằng sản phẩm không chỉ có thể chịu đựng được tác động rung xóc mà còn có khả năng hoạt động đúng cách sau thử nghiệm.

Kết hợp các phương pháp này cùng với kiến thức chuyên môn sẽ giúp đảm bảo rằng sản phẩm hoặc thành phần đã thử nghiệm có khả năng đáp ứng các tiêu chuẩn và yêu cầu đối với độ bền và hiệu suất trong môi trường tương tự thực tế.

Ly Vỹ

Tranquility in a chaotic world

Xem bài khác