Kiến thức cơ bản về kiểm tra sốc cơ học (Mechanical Shock Testing)
Hãy cùng COMIT tìm hiểu về những kiến thức cơ bản về Kiểm tra sốc cơ học bao gồm kiểm tra sốc cơ học là gì? Mục tiêu của kiểm tra sốc cơ học là gì?,… nhé!
Kiểm tra sốc cơ học là gì?
Kiểm tra sự sốc cơ học là một quá trình quan trọng trong việc đánh giá khả năng của sản phẩm để chống chịu và tồn tại qua các sự kiện tạm thời có tính chất sốc bằng cách truyền dẫn một lượng năng lượng cực mạnh qua hệ thống sản phẩm. Theo lý thuyết vật lý, khi một lực nào đó tác động lên một vật thể và gây ra sự thay đổi vị trí của vật thể, vật thể đó sẽ tiếp nhận và tích luỹ năng lượng cơ học.
Do đó, thuật ngữ “kiểm tra sự sốc cơ học” được sử dụng để mô tả quá trình này, trong đó các chuyển động và biến đổi năng lượng cơ học trong sản phẩm được đánh giá và kiểm tra một cách chi tiết. Khác với việc kiểm tra tác động, trong đó sự kiện tác động không được kiểm soát, kiểm tra sự sốc cơ học thiết lập và xác định cụ thể hình dạng, thời lượng, và biên độ của xung sốc.
Các loại kiểm tra sự sốc cơ học bao gồm sốc bằng thuốc súng, sốc từ việc rơi sản phẩm, và sốc từ việc tự do rơi. Một ví dụ cụ thể về định nghĩa kiểm tra sốc có thể là: “Kiểm tra sự sốc cơ học cổ điển bao gồm việc áp dụng 18 cú sốc với hình dạng xung half-sine, thời lượng từ 3 đến 10 mili giây, và biên độ tối đa là 20Gpk trên tất cả sáu trục vuông góc.
Half-sine là gì? Half-sine là một loại hình sóng, thường được sử dụng để mô tả sự biến đổi của một tín hiệu theo thời gian. Nó là một dạng sóng vô tuyến có hình dạng giống một nửa của một đường tròn sine wave (sóng sine) tiêu chuẩn.
Sóng half-sine thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
- Kiểm tra và đo lường: Trong các ứng dụng thử nghiệm và đo lường, sóng half-sine thường được sử dụng để tạo ra một tín hiệu thử nghiệm hoặc một tín hiệu đầu vào có đặc tính cụ thể để kiểm tra và đánh giá các hệ thống và thiết bị.
- Cơ học rung động: Trong nghiên cứu cơ học rung động, sóng half-sine có thể được sử dụng để mô phỏng các tình huống rung động và động lực cụ thể.
- Tương tác sóng: Trong nghiên cứu sóng và tương tác sóng, sóng half-sine có thể được sử dụng làm một ví dụ đơn giản để hiểu cách sóng tương tác với nhau.
Sóng half-sine thường được đặc trưng bởi một giai đoạn tăng đột ngột từ giá trị 0 lên một giá trị cực đại, sau đó nó giảm đột ngột về 0 một lần nữa. Điều này tạo ra hình dạng sóng có một đỉnh duy nhất trong một nửa chu kỳ của sóng sine tiêu chuẩn. Sự đơn giản của sóng half-sine làm cho nó trở thành một công cụ hữu ích để mô phỏng và nghiên cứu các hiện tượng sóng và sự biến đổi trong thời gian trong nhiều lĩnh vực.
Mục tiêu của kiểm tra sốc cơ học là gì?
Khác với việc kiểm tra tác động trong đó sự kiện không được kiểm soát, kiểm tra sốc cơ học là một quá trình chi tiết hơn, trong đó chúng ta xác định và điều chỉnh cụ thể hình dạng, thời gian và biên độ của các xung sốc. Mục tiêu của kiểm tra sốc cơ học là đảm bảo rằng sản phẩm hoặc hệ thống có khả năng chịu đựng và tồn tại qua các tình huống tạm thời mà có sự thay đổi nhanh chóng trong lực tác động cơ học.
Mục tiêu chính của kiểm tra sốc cơ học là đánh giá và xác định khả năng của một sản phẩm hoặc hệ thống để chịu đựng và tồn tại qua các sự kiện tạm thời có tính chất sốc, trong đó có sự thay đổi nhanh chóng trong lực tác động cơ học. Cụ thể, mục tiêu của kiểm tra sốc cơ học bao gồm:
- Đảm bảo tính chất sốc: Kiểm tra này giúp xác định xem sản phẩm có khả năng chịu đựng được các biến cố tạm thời như va đập, rung động mạnh, hoặc các tình huống có sự thay đổi đột ngột trong lực tác động cơ học hay không. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm hoặc hệ thống cần đảm bảo tính ổn định và an toàn trong môi trường làm việc hoặc sử dụng.
- Xác định giới hạn và thất bại: Kiểm tra sốc cơ học giúp xác định ngưỡng mà sản phẩm có thể chịu đựng trước khi bị hỏng hoặc gặp sự cố. Bằng cách này, các kỹ sư và nhà thiết kế có thể tìm hiểu về giới hạn của sản phẩm và cải tiến thiết kế để nâng cao độ bền và khả năng chống sốc.
- Đánh giá sự an toàn và tuổi thọ: Kiểm tra sốc cơ học giúp đánh giá sự an toàn của sản phẩm hoặc hệ thống trong các tình huống không mong muốn và đảm bảo rằng chúng có thể hoạt động một cách đáng tin cậy trong suốt tuổi thọ của chúng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các sản phẩm sử dụng trong ngành công nghiệp, y tế, hàng không vũ trụ và quân sự, nơi sự bền bỉ và an toàn là ưu tiên hàng đầu.
Kiểm tra sốc cơ học đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm và hệ thống trong các môi trường có nguy cơ sốc cơ học, giúp ngăn ngừa hỏng hóc không mong muốn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Có mấy loại kiểm tra sốc cơ học?
Có nhiều loại kiểm tra sốc cơ học, và chúng được thiết kế để mô phỏng các tình huống và môi trường khác nhau mà sản phẩm hoặc hệ thống có thể phải đối mặt trong thực tế. Dưới đây là một số loại kiểm tra sốc cơ học phổ biến:
- Sốc bằng thuốc súng (Pyrotechnic Shock Testing): Loại kiểm tra này sử dụng các thiết bị nổ để tạo ra xung sốc cơ học mạnh. Nó thường được sử dụng để đánh giá khả năng của sản phẩm hoặc hệ thống chịu đựng trước các sự kiện sốc như vận tải tên lửa hoặc phóng ra của một tên lửa.
- Sốc từ việc rơi (Drop Shock Testing): Kiểm tra này mô phỏng sự sốc mà sản phẩm hoặc hệ thống có thể gặp khi bị đánh rơi từ một độ cao nhất định. Điều này có thể áp dụng cho các sản phẩm di động như điện thoại di động hoặc thiết bị điện tử.
- Sốc từ việc tự do rơi (Free-Fall Shock Testing): Tương tự như sốc từ việc rơi, kiểm tra này liên quan đến việc thả sản phẩm hoặc hệ thống từ độ cao, nhưng ở đây sản phẩm được thả tự do để tạo ra môi trường sốc.
- Sốc động (Vibration Shock Testing): Loại kiểm tra này kết hợp giữa sốc và rung động. Sản phẩm hoặc hệ thống được đánh sốc trong khi đồng thời phải chịu đựng các tần số rung động. Điều này thường áp dụng cho các thiết bị cần hoạt động trong môi trường rung động như trong ngành công nghiệp hàng không và vũ trụ.
- Sốc nhiệt độ (Thermal Shock Testing): Trong trường hợp này, sản phẩm hoặc hệ thống được đưa qua các biến đổi nhiệt độ đột ngột để mô phỏng sự sốc nhiệt. Điều này quan trọng cho các ứng dụng như điện tử công nghiệp và quân sự.
Những loại kiểm tra này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính bền bỉ và khả năng hoạt động của sản phẩm và hệ thống trong các điều kiện và tình huống khác nhau. Cụ thể loại kiểm tra nào được sử dụng phụ thuộc vào mục tiêu kiểm tra và môi trường sử dụng của sản phẩm hoặc hệ thống.
Ví dụ cụ thể về định nghĩa kiểm tra sốc cơ học có thể là như sau: “Kiểm tra sốc cơ học cổ điển đòi hỏi áp dụng một loạt 18 cú sốc có hình dạng xung half-sine, với thời lượng dao động trong khoảng từ 3 đến 10 mili giây, và biên độ tối đa đạt 20Gpk. Các cú sốc này được thực hiện trên tất cả sáu trục vuông góc, bao gồm cả ba chiều x, y, và z, để đảm bảo tính đa chiều của kiểm tra.
Sự khác biệt giữa kiểm tra Rung và Sốc là gì?
Rung và Sốc là gì?
Để hiểu về kiểm tra sốc cơ học, việc tìm hiểu sự khác biệt giữa rung và sốc là rất hữu ích. Ban đầu, có vẻ như hai khái niệm này có thể thay thế lẫn nhau, vì phần mềm kiểm tra thường được đóng gói dưới dạng “kiểm tra rung và sốc”. Tuy nhiên, rung và sốc có một số điểm khác biệt quan trọng.
Rung là gì? Rung là một phản ứng đối với một kích thích dao động quanh một vị trí tham chiếu. Nó có thể là dao động chu kỳ, có nghĩa là sự lặp lại liên tục, hoặc dao động ngẫu nhiên.
Khi chúng ta ghi lại rung, kết quả là một biểu đồ sóng theo thời gian. Sau đó, biểu đồ sóng theo thời gian có thể được chuyển đổi sang miền tần số để xác định nguồn gốc của rung không mong muốn.
Sốc là gì? Sốc là một xung đột đột ngột tác động lên một hệ thống. Kỹ thuật viên xác định hình dạng của xung sốc, biên độ đỉnh và thời gian kéo dài của nó. Một kiểm tra sốc có thể chạy nhiều xung sốc, nhưng mỗi xung sốc là độc lập với xung trước đó.
Trong khi kiểm tra rung xác định vấn đề từ rung đều đặn, kiểm tra sốc đánh giá khả năng của một cấu trúc để chịu đựng một lượng năng lượng tạo ra bởi một xung sốc ngắn gọn.
Hệ thống luồng đóng
Kiểm tra rung chạy trên một hệ thống luồng đóng. Các hệ thống này bao gồm một bộ điều khiển rung được chỉ đạo bởi một nền tảng phần mềm để tương tác với bộ khuếch đại công suất, bộ rung và một hoặc nhiều cảm biến.
Bộ điều khiển gửi tín hiệu đến bộ khuếch đại công suất điều khiển bộ rung. Nó tạo ra tín hiệu động bằng cách so sánh gia tốc đo được của thiết bị được kiểm tra (DUT) với tham chiếu yêu cầu mong muốn. Điều này tạo ra một hệ thống điều khiển “luồng” tự chứa, trong đó phản ứng của DUT ảnh hưởng đến tín hiệu động.
Thiết bị kiểm tra sốc cơ học
Máy kiểm tra sốc hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng áp lực khí nén. Biểu đồ của một máy kiểm tra sự sốc cơ học sử dụng nguyên tắc này.
Các kỹ thuật viên có khả năng tiến hành các kiểm tra sốc mà không cần sử dụng hệ thống điều khiển vòng đóng trên các máy kiểm tra sự sốc cơ học. Các máy này tạo ra động lực làm rung một bàn kiểm tra mà sản phẩm được gắn trên đó, và bao gồm các loại máy kiểm tra sốc rơi, máy kiểm tra sốc nhẹ, máy kiểm tra sốc trung bình và thanh Hopkinson. Các kỹ thuật viên có thể thay đổi các tham số kiểm tra bằng cách điều chỉnh tốc độ di chuyển của máy hoặc cách nó tác động lên sản phẩm.
Thiết bị kiểm tra sốc trên các máy rung
Máy kiểm tra sự sốc dựa trên nguyên tắc của máy động lực điện hoặc máy kiểm tra sự sốc cơ học dựa trên nguyên tắc servo-hydraulic cũng có khả năng tạo ra nhiều hình dạng xung sốc cổ điển và có thể là một lựa chọn tiết kiệm thời gian và chi phí cho các kiểm tra thông thường.
Tuy nhiên, khi máy kiểm tra sự sốc tạo ra một xung sốc cổ điển, một số phương pháp cơ học dùng để dừng bàn kiểm tra. Máy kiểm tra rung không có các cơ cấu dừng cơ học như vậy. Hơn nữa, máy kiểm tra rung chỉ có thể tạo ra một mức cố định về vận tốc và biên độ. Để giải quyết hạn chế này, bộ điều khiển máy kiểm tra rung sử dụng một quy trình được gọi là bù trừ.
Thiết bị kiểm tra sốc phức tạp
Các kiểm tra sự sốc cơ học tạo ra một phản ứng đáng tin cậy và đơn giản cho việc đánh giá sản phẩm và kiểm tra độ bền. Tuy nhiên, một sự kiện sốc có thể đòi hỏi tính phức tạp hơn. Các gói phần mềm chuyên biệt như Shock Response Spectrum (SRS) được thiết kế để tái tạo các xung sốc phức tạp.
Shock Response Spectrum (SRS) là gì? Shock Response Spectrum (SRS) là một phân tích tần số sử dụng trong lĩnh vực kỹ thuật cơ học để đo lường và đánh giá phản ứng của một hệ thống hoặc sản phẩm đối với một xung sốc cơ học hoặc động động dao động. SRS tập trung vào việc biểu thị cách phản ứng của hệ thống thay đổi theo tần số của xung sốc hoặc dao động. Nó sử dụng độ lợi tần số để mô tả mức độ tác động của các tần số khác nhau đối với hệ thống. SRS thường được biểu đồ hóa dưới dạng biểu đồ tần số với trục hoành là tần số và trục tung là độ lợi (hoặc gia tốc, tốc độ, hoặc thậm chí dịch chuyển) của hệ thống. Khi xem biểu đồ SRS, người ta có thể dễ dàng nhận thấy các tần số ảnh hưởng lớn nhất đối với hệ thống.
Nhiều xung sốc tổng hợp có thể biểu thị một dạng sóng tạm thời phức tạp với phản ứng tần số tương tự môi trường hoạt động. Cũng có khả năng sao chép một tín hiệu từ một bản ghi và xử lý nó bằng cách sử dụng vòng điều khiển sốc lặp lại để tạo ra và điều khiển dạng sóng phức tạp.
