THỬ NGHIỆM RUNG XÓC ĐỘNG LỰC HỌC - PHẦN 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP 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).

Thử nghiệm rung ngẫu nhiên (Random)

Trong kỹ thuật, rung ngẫu nhiên là chuyển động không xác định, có nghĩa là các dao động không thể được dự đoán chính xác. Các xung lực ngẫu nhiên là một đặc trưng của kích thích đầu vào.Ví dụ đi xe ô tô trên đường, chiều cao sóng mặt nước,...

Phép đo mật độ phổ gia tốc (ASD) là cách thông thường để xác định độ rung ngẫu nhiên. Gia tốc vuông trung bình gốc (G_rms) là căn bậc hai của khu vực dưới đường cong ASD trong miền tần số. Giá trị G_rms thường được sử dụng để biểu diễn năng lượng tổng thể của một sự kiện rung ngẫu nhiên cụ thể và là một giá trị thống kê được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí cho mục đích thiết kế và phân tích cấu trúc.

Trong khi thuật ngữ mật độ phổ công suất (PSD) thường được sử dụng để xác định một sự kiện rung ngẫu nhiên  (ASD là thích hợp hơn khi gia tốc được đo và được sử dụng trong phân tích cấu trúc và thử nghiệm)

Trong một thử nghiệm rung ngẫu nhiên, một loạt các tần số được kích thích và đo đồng thời

Thử nghiệm điều khiển Random

Phần lớn rung trong các mục thử nghiệm khi vận hành là băng thông rộng trong nội dung phổ, tức là rung có mặt ở tất cả các tần số trên một dải tần số tương đối rộng với các cường độ khác nhau. Biên độ dao động có thể thay đổi ngẫu nhiên, chu kỳ, hoặc kết hợp cả ngẫu nhiên và chu kỳ.

Thông thường, chức năng PSD (mật độ phổ công suất) được sử dụng làm độ rung mục tiêu, cấu hình tham chiếu. Rung động ngẫu nhiên thường được sử dụng cho số chu kỳ cao, độ trễ biên độ thấp. Các đối tượng thử nghiệm thông thường bao gồm linh kiện điện tử nhỏ, tên lửa, tàu vũ trụ và trong lĩnh vực đóng gói hàng hóa.

Vì không phải tất cả các bộ rung đều được phân bố ngẫu nhiên Gaussian, thời gian tại các dao động đỉnh có thể tăng hoặc giảm (như hình dưới). Bằng cách kiểm soát Kurtosis (đỉnh nhọn) của tín hiệu ngẫu nhiên, sự phân bố xác suất biên độ rung được điều khiển.

Rung với giá trị Kurtosis là 0 và 3

Thống kê Kurtosis để đo lượng đỉnh trong tín hiệu rung ngẫu nhiên. Khi Kurtosis bằng 0, có ít đỉnh nhọn và độ rung ngẫu nhiên gần với phân bố ngẫu nhiên Gaussian.

Thử nghiệm rung hình Sin (Sine)

Rung hình Sin được thể hiện như gia tốc và tần số. Một môi trường bị chi phối bởi rung hình Sine được đặc trưng bởi một tần số cơ bản và bội số của tần số đó. Thường thì có nhiều hơn một tần số cơ bản. Mỗi tần số cơ bản sẽ tạo ra một loạt bội số.

Mối quan hệ giữa biên độ dịch chuyển rung và tần số rung

Môi trường rung trong một số trường hợp thực tế (trực thăng, máy bay cánh quạt hiệu xuất thấp,cối xay gió) có thể tạo ra kích thích hình Sine cơ bản với nền băng thông rộng rất thấp. Sự kích thích này xuất phát từ tốc độ quay của các động cơ, cánh quạt, và tần số đi qua tuabin.

Đôi khi người ta kích thích một cấu trúc ở tần số cộng hưởng trong một khoảng thời gian dài để nghiên cứu ảnh ưởng của độ mỏi và thay thế tần số cộng hưởng có thể. Thử nghiệm Sin Dwell thường được áp dụng cho một số bộ phận của máy bay như cánh quạt, tuabin.

Thử nghiệm Sin Dwell thường được thực hiện với cánh tuabin

Thử nghiệm rung sốc cổ điển (Classic Shock)

Thử nghiệm sốc được thực hiện để kiểm tra mức độ tin cậy của các đơn vị được thử nghiệm rằng nó có thể chịu được những tác động về mặt vật lý, cũng như duy trì các chức năng vẫn có thể hoạt động bình thường trong điều kiện môi trường khắt khe nhất.

Các quy trình thử nghiệm sốc bao gồm:

• Chức năng Shock
• Vật liệu để được đóng gói
• Tính dễ vỡ
• Chuyển tuyến tính
• Thử nghiệm Shock Crash Hazard
• Bench Handling
• Tác động của con lắc

Tùy thuộc vào môi trường được mô phỏng phương thức Classic Shock hoặc Shock Respone sẽ được chọn. Thông thường trên hệ thống máy rung có các chế độ thực hiện như: Classic Pulses bao gồm Hafl Sine, Terminal Sawtooth, Square Wave và Trapezoidal.

Biểu đồ thử nghiệm sốc (shock)

Shock Response Spectrum (SRS) sử dụng phổ biến là mục tiêu cho một thử nghiệm sốc. Shock Response Spectrum (SRS) sẽ thể hiện biểu đồ xung lực sốc dưới dạng biểu đồ, hoặc bất kỳ đầu vào gia tốc tức thời nào khác, về các hệ thống đơn độ tự do (SDOF) như khối lượng trên lò xo sẽ phản ứng với đầu vào thông qua băng thông tần số được xác định.

Tổng hợp thời gian, xung SRS và phổ lỗi

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

Sau khi đã thử nghiệm xong bằng máy thử nghiệm rung xóc động lực học, việc đánh giá kết quả thử nghiệm thông thường sẽ thực hiện theo một số phương pháp sau:

- Đánh giá trực tiếp bằng ngoại quan

Quan sát các bao bì đóng gói sản phẩm có bị biến dạng, móp méo không và 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, cách đánh giá này sẽ khó phát hiện được những lỗi hư hỏng ở bên trong sản phẩm thử nghiệm (nếu có)

- Đánh giá qua phân tích biểu đồ hiển thị trên phần mềm

Xuyên suốt quá trình thử nghiệm, một biểu đồ tương ứng với mỗi phương pháp thử sẽ giúp người vận hành có thể theo dõi, phân tích và đánh giá được trên sản phẩm có những hư hỏng nào hay không

- Đánh giá thông qua phương pháp thử vận hành

Điều này có nghĩa là sản phẩm sau khi qua quá trình thử nghiệm rung xóc sẽ được chạy thử trong điều kiện hoạt động bình thường, và căn cứ theo chức năng của từng loại sản phẩm cụ thể mà người vận hành có thể đánh giá được nó có hoạt động bình thường hay không.