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Capitolo 4
Requisiti e specifica tecnica
4.1
Requisiti per le prestazioni
Per scrivere la specifica tecnica del drop weight tester da progettare si è fatto riferimento alla normativa ASTM D 7136 [1]e alle caratteristiche delle macchine descritte nel capitolo 3.
Si vuole progettare una macchina per lo studio di impatti con un valore massimo di energia paragonabile a quello della Instron CEAST 9340. Per aumentare leggermente la flessibilità d'impiego si è deciso un valore massimo di energia di circa 500 J ottenuto con un'altezza di caduta di 2 m. Per prove su laminati di piccolo spessore, in tutti quei casi in cui non sia possibile ottenere energie sufficientemente piccole con l'impattatore standard da 5,5 Kg sganciato da un'altezza non inferiore a 0,3 m la normativa ASTM D 7136 suggerisce l'impiego di un impattatore alternativo più leggero [1]. Quest'ultimo deve avere una massa di 2 Kg e deve essere rilasciato da un'altezza minima di 0,3 m producendo quindi un impatto di energia pari a 5,9 J. Si sceglie quindi questo valore per l'energia minima che deve produrre la macchina da progettare.
Deve essere previsto un assortimento di pesi addizionali per variare la massa con incrementi di 0,5 Kg così com'è possibile fare con le macchine considerate nel capitolo 3. Il peso dell'impattatore deve essere dichiarato con un'accuratezza pari a 0,5% come stabilito dalla normativa [1]. Poiché la rapidità di configurazione della macchina prima dell'esecuzione di una prova non costituisce un requisito primario, si preferisce non installare, sulla traversa di sgancio, una cella di carico che pesi automaticamente l'impattatore prima di iniziare il test.
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L'altezza minima di caduta è stata fissata a 0,3 m essendo questo il limite più basso consentito dalla normativa [1]. L'altezza massima è stata stabilita in modo da non andare troppo oltre i limiti (circa 1,2 m) delle macchine considerate nel capitolo 3 rimanendo comunque al di sotto dell'altezza massima di 3 m raggiungibile con la Imatek IM10T-30. L'altezza di caduta deve essere misurata usando tre cifre significative [1]. Di conseguenza il posizionamento della traversa mobile deve avvenire con la precisione di 1 mm in quanto l'altezza minima di caduta, da requisito, è di 0,300 m.
La velocità massima teorica d'impatto è funzione unicamente dell'altezza massima di caduta e quindi, fissata l'una, resta determinata anche l'altra. A causa principalmente dell'attrito nel meccanismo di guida dell'impattatore la velocità reale d'impatto misurata risulterà sicuramente minore di quella teorica. La normativa [1] stabilisce che la velocità d'impatto deve essere misurata con una precisione di 5 mm/s.
La frequenza naturale della cella di carico con il percussore fissato subito sotto di essa deve essere maggiore di 6 kHz [1]. La cella di carico deve essere posizionata sull'impattatore in modo che almeno il 95% della sua massa complessiva si trovi sopra la cella stessa [1]. L'errore di misura della forza aumenta se la percentuale di massa posta al di sopra della cella di carico diminuisce [1]. Il sensore di forza deve fornire una misura, in tutto l'intervallo di valori ammissibili, con accuratezza pari a 1% del valore indicato [1].
La larghezza massima dell'oggetto da testare deve essere dell'ordine del metro per rendere possibili prove su pannelli tipicamente impiegati in ambito aeronautico. L'ingombro della macchina deve essere limitato dallo spazio disponibile nel laboratorio in cui questa dovrà operare, tenendo conto anche della possibilità di effettuare interventi di messa a punto e manutenzione. Il peso massimo è limitato dalla resistenza della pavimentazione del laboratorio e dalla superficie dei piedi di livellamento tramite i quali il peso della macchina si scarica sulla pavimentazione. In Tabella 4.1 sono riportati in maniera sintetica i requisiti della macchina che discendono direttamente dalla normativa [1].
Poiché non è prevista la commercializzazione e il trasporto di questo drop weight tester non si ritiene un requisito determinante il contenimento del peso della macchina.
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4.2
Acquisizione dei dati durante il test
4.2.1 Requisiti minimi richiesti dalla normativa
Per il campionamento del segnale di forza della cella di carico la normativa [1]fissa i seguenti requisiti:
• Risoluzione del convertitore A/D di almeno 8 bit;
• Frequenza di campionamento del segnale di forza maggiore di 100 kHz;
• Numero minimo di valori di forza acquisiti pari a 1000.
4.2.2 Requisiti operativi scelti per la macchina
Per l'acquisizione dei dati la scelta è ricaduta sulla scheda di acquisizione di segnali National Instruments NI 6251. In Tabella 4.2 sono
Specifiche operative della scheda National Instruments NI 6251
Numero di canali in ingresso 8 diffential oppure 16 single ended
Risoluzione convertitore A/D 16 bit
Frequenza di campionamento massima single channel 1,25 MHz multichannel 1,00 MHz Numero massimo di campioni registrabili 4095
Tabella 4.2: Specifiche operative della scheda National Instruments NI 6251. Requisiti minimi ASTM D 7136
Massa dell'impattatore standard 5,5 Kg Massa dell'impattatore leggero 2,0 Kg
Altezza minima di caduta 0,300 m
Precisione dell'altezza di caduta 3 cifre significative Precisione della velocità misurata all'inizio dell'impatto 0,005 m/s Precisione della massa dell'impattatore +/- 0,5 % Frequenza naturale della cella di carico + percussore > 6 kHz Almeno il 95 % della massa dell'impattatore deve essere posta al di sopra della cella di carico
Percussore semisferico Diametro 16 mm Durezza 60-62 HRC Precisione della misura della forza +/- 1 %
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riportate le specifiche operative di maggiore interesse per la scheda di acquisizione scelta.
4.3
Specifica tecnica
Specifica tecnica
Massa minima impattatore secondo lo standard ASTM D7136 2,0 Kg
Massa massima impattatore 25,5 Kg
Energia minima 5,9 J
Energia massima 500,3 J
Velocità massima d'impatto 6,26 m/s
Altezza minima di caduta 0,300 m
Altezza massima di caduta 2,00 m
Precisione del posizionamento della traversa mobile 1 mm Sistema di movimento della traversa mobile Manuale Precisione della velocità misurata all'inizio dell'impatto 0,005 m/s
Incrementi di massa 0,5 Kg
Precisione della massa dell'impattatore +/- 0,5 % Frequenza naturale della cella di carico + percussore > 6 kHz Almeno il 95 % della massa dell'impattatore deve essere posta al di sopra della cella di carico
Percussore semisferico Diametro 16 mm Durezza 60-62 HRC Precisione della misura della forza +/- 1 %
Acquisizione dati dal sensore di forza
Risoluzione del convertitore A/D 14 bit
Frequenza di campionamento 250 kHz
Dimensioni e peso
Larghezzamassima dell'oggetto da testare 1000 mm Massimo ingombro della macchina 1700 mm x 800 mm x 4000 mm
Peso massimo 1000 kg
