ES2627000T3 - Sistema de ensayos con una blanda estructura de reacción - Google Patents

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ES2627000T3 ES07810039.3T ES07810039T ES2627000T3 ES 2627000 T3 ES2627000 T3 ES 2627000T3 ES 07810039 T ES07810039 T ES 07810039T ES 2627000 T3 ES2627000 T3 ES 2627000T3
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Abstract

Un sistema (10) de ensayos de materiales que comprende: una base (22); un par de conjuntos (26) de columna, teniendo cada conjunto (26) de columna una columna que se extiende hacia arriba a lo largo de un eje vertical; una cruceta (30) unida a extremos del par de conjuntos (26) de columna alejada de la base (22); un par de portamuestras (34A, 34B), en donde un primer portamuestras está soportado por la base (22) y un segundo portamuestras está soportado por la cruceta (30); un primer acoplamiento (44, 44') flexible para cada columna, estando cada acoplamiento flexible dispuesto entre un conjunto de columna y al menos una de entre la base (22) y la cruceta (30), proporcionando cada acoplamiento flexible un aislamiento lineal vertical entre el conjunto (26) de columna y la, al menos una, base (22) y cruceta (30); y un segundo acoplamiento (42, 42') flexible para cada columna, dispuesto cada segundo acoplamiento flexible alrededor de un conjunto de columna entre el conjunto de columna y la, al menos una, base (20) y cruceta (30), el segundo acoplamiento flexible que es flexible a lo largo de un eje perpendicular al eje vertical.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de ensayos con una blanda estructura de reaccion ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El siguiente debate se proporciona simplemente para informacion general de los antecedentes y no pretende usarse como una ayuda para determinar el ambito del objeto reivindicado.
Son bien conocidos los ensayos flsicos de los materiales y/o componentes tomando una muestra de ensayo y aplicando cargas por traccion y/o compresion y/o desplazamientos utilizando un actuador. Comunmente, las cargas de traccion y compresion se aplican a la muestra de ensayo de un forma alterna a una frecuencia seleccionada, o a traves de un intervalo de frecuencias a desplazamiento o amplitud constante. En un movimiento armonico, tal como el actual en esta forma de ensayos, la aceleracion de los componentes moviles del actuador, los agarres de la muestra, etc., son proporcionales a la cantidad de desplazamiento multiplicada por el cuadrado de la frecuencia. Por lo tanto, incluso si la amplitud es pequena (por ejemplo, 0,06 mm), la aceleracion puede ser muy grande a frecuencias elevadas (por ejemplo, 700-1.000 Hertz).
En consecuencia, la fuerza, que es proporcional a la masa de los componentes moviles, multiplicada por la aceleracion, tambien aumenta con el cuadrado de la frecuencia, a medida que aumenta la frecuencia. Por otra parte, a esta fuerza debe reaccionar la estructura del sistema de ensayo, lo cual originara la excitacion de los modos en el sistema de ensayo.
Una construccion de un sistema de ensayos comun incluye una base con columnas verticales que soportan una cruceta sobre la base. Un primer agarre de la muestra esta acoplado a la cruceta a traves del actuador, mientras que un segundo agarre de la muestra esta acoplado a la base a traves de un transductor de la fuerza; sin embargo, la ubicacion del actuador y del transductor de fuerza puede estar invertida.
Debido a las grandes fuerzas dinamicas, un modo de vibracion es que las columnas pueden estirarse y comprimirse permitiendo que la cruceta se desplace ligeramente hacia arriba y hacia abajo. Sin embargo, otro modo de vibracion que tambien se ha demostrado que es perjudicial para un ensayo es un modo de caja excitado en la construccion a modo de caja de la cruceta, base y columnas. Estos modos son perjudiciales porque estos modos hacen que el transductor de fuerza se desplace hacia arriba y hacia abajo, lo cual induce un error inercial en su senal de salida correspondiente. Otros muchos modos de vibracion de este tipo se pueden conceptualizar y estos modos perjudiciales pueden denominarse modos de vibracion estructurales.
El documento US 3 597 960 A proporciona una maquina de ensayo de choque mecanico para el ensayo de choque de un objeto con fuerzas de alta intensidad en un amplio espectro de frecuencias. La maquina incluye una plataforma de ensayo conectada a un soporte rlgido mediante un par de columnas que tienen una resonancia mecanica predeterminada.
El documento DE 3102778 A1 proporciona un dispositivo para ensayar la resistencia a la fatiga por vibracion que consiste en un armazon que lleva un cuerpo vibrante montado sobre muelles, un excitador electromagnetico dispuesto entre el cuerpo vibrante y un elemento de sujecion para sujetar el cuerpo del ensayo. Hay tambien un husillo roscado ajustable con el fin de superponer una carga estatica sobre la carga vibrante que afecta a un cuerpo del ensayo durante un ensayo de resistencia a la vibracion.
El documento GB 1.066.845 A se refiere a maquinas de ensayo, y en particular a las estructuras de tales maquinas que cuentan con dispositivos electricos responsables de producir vibraciones en las mismas.
El documento JP S57 48632 A se refiere a un dispositivo para medir las caracterlsticas dinamicas con un dispositivo de pequeno tamano y de bajo coste por la aplicacion de carga sobre una pieza de ensayo entre un miembro ralz que no tiene desplazamientos en la frecuencia de la carga y un miembro de soporte.
El documento US 2004/139804 A1 divulga una maquina de ensayos de cargas que incluye un bloque de base, al menos un par de postes que surgen del bloque de base, una cruceta que se extiende entre el par de postes, y un actuador montado en el bloque de base o en la cruceta.
SUMARIO DE LA INVENCION
La invencion se define por las caracterlsticas de las reivindicaciones.
Este Compendio y Resumen se proporcionan para introducir algunos conceptos en una forma simplificada que ademas se describen mas adelante en la Description Detallada. Este Compendio y Resumen no pretenden identificar caracterlsticas claves ni caracterlsticas esenciales del objeto reivindicado, ni pretenden identificar caracterlsticas clave ni caracterlsticas esenciales del objeto reivindicado, ni pretenden ser utilizados como una ayuda en la determination del ambito del objeto reivindicado.
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Un sistema de ensayos incluye una blanda estructura de reaccion. El sistema de ensayos incluye una base y un par de conjuntos de columnas que se extienden hacia arriba desde la base. Una cruceta esta unida a los extremos del par de conjuntos de columnas a una distancia de la base. Se proporciona un par de portamuestras. Un primer portamuestras es soportado por la base, mientras que un segundo portamuestras es soportado por la cruceta. Los dispositivos flexibles se proporcionan para formar un acoplamiento flexible entre cada uno de los conjuntos de columna y al menos uno de la base y de la cruceta. Los dispositivos flexibles soportan el peso de la cruceta. Dicho de otra manera, los dispositivos flexibles reducen las vibraciones transmitidas desde la cruceta y/o desde las columnas a la base.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista esquematica en seccion de un sistema de ensayos.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de un sistema de ensayos.
La Figura 3 es una vista en planta de un conjunto de la columna del sistema de ensayos de la Figura 2.
La Figura 4 es una vista en seccion del conjunto de la columna tomada a lo largo de la llnea 4-4 de la Figura 3.
DESCRIPCION DETALLADA DE LAS REALIZACIONES ILUSTRATIVAS
Una vista en seccion esquematica de un sistema 10 de ensayos para aplicar fuerzas o movimientos a una muestra de ensayo se ilustra en la Figura 1. El sistema 10 de ensayos incluye un armazon 20 que tiene una base 22, un par de conjuntos 26 de columna que se extienden hacia arriba desde la base 22, y una cruceta 30 que acopla los extremos de los conjuntos 26 de columna a una distancia de la base 22. En la realizacion ilustrada, un actuador 28 esta acoplado a la cruceta 30, mientras que un transductor 32 de fuerza esta acoplado a la base 22. Un portamuestras de ensayo superior 34A y un portamuestras de ensayo inferior 34B estan acoplados al actuador 28 y al transductor 32 de fuerza, respectivamente.
Un concepto descrito en el presente documento proporciona el aislamiento y/o amortiguacion del modo de vibracion estructural en el sistema 10 de ensayos. En la realizacion ilustrada, los conjuntos 26 de columnas estan aislados de la base 22 utilizando dispositivos flexibles que funcionan como elementos de muelles blandos. En una realizacion, los dispositivos flexibles comprenden elementos o camaras 40 inflables rellenas de gas dispuestos entre cada conjunto 26 de columna y la base 22, y en donde dichos elementos estan separados unos de otros a lo largo de la longitud del conjunto 26 de las columnas. Por ejemplo, los elementos inflables 40 pueden incluir tubos 42 de forma circular que tienen una abertura central 43 a traves de la cual puede extenderse el correspondiente conjunto 26 de la columna. Los tubos 42 pueden incluir zonas o camaras alrededor del perlmetro del mismo de manera que el gas no se mueve solo de un lado a otro durante el desplazamiento de los conjuntos 26 de las columnas, sino que mas bien esta contenido para proporcionar la resistencia deseada.
Los elementos o camaras 40 inflables pueden incluir tambien una o mas celdas o fuelles 44 inflables dispuestos entre un extremo inferior 46 de cada conjunto 26 de columna y el suelo y/o la base 22, soportando de ese modo el peso de la cruceta 30 y los componentes de los conjuntos 26 de las columnas por encima de las celdas 44. Sin embargo, en una realizacion adicional, las celdas o fuelles 44 inflables se pueden reemplazar por una camara sellada 47 presurizable formada entre el tubo 42 de forma circular mas inferior y un tubo adicional 48 de forma circular.
Los componentes de la construction descrita anteriormente desacoplan o alslan sustancialmente (con respecto a una conexion rlgida que utiliza componentes rlgidos) cada conjunto 26 de columna de la base 22 en hasta seis grados de libertad. En particular, las celdas 44 inflables o las camaras llenas de gas proporcionan aislamiento vertical primario, mientras que los tubos 42 proporcionan un aislamiento lineal a lo largo de ejes perpendiculares al eje vertical as! como aislamiento para todo momento alrededor de los ejes y alguno aislamiento secundario vertical a traves de su rigidez a la cizalla. En este punto deberla senalarse que los tubos 42 no tienen que tener continuidad alrededor del perlmetro de cada conjunto 26 de las columnas, sino que mas bien pueden ser una pluralidad de elementos separados, si se desea. Por otra parte, los elementos podrlan ser ajustables individualmente, por ejemplo, por presion de gas, para proporcionar la adaptabilidad deseada donde sea necesario (es decir, adaptabilidad ajustable y/o variable a lo largo o alrededor de uno o mas ejes seleccionados). En otras palabras, los dispositivos flexibles descritos en el presente documento proporcionan capacidad de ajuste en el sistema 10 de ensayos. En particular, el uso de componentes y/o camaras rellenas de gas o neumaticas permite que la adaptabilidad entre los conjuntos 26 de las columnas y la base 22 sea ajustable. No obstante, los elementos o camaras 40 rellenas de gas son solamente una realizacion ya que tambien pueden usarse otras estructuras y/o materiales flexibles.
La ubicacion de los dispositivos flexibles en el sistema 10 de ensayos es ventajosa porque permite que el sistema 10 de ensayos opere como un sistema de ensayos convencional. En particular, las abrazaderas 50 de columna (indicadas esquematicamente) pueden ser proporcionadas de manera que acoplen de forma selectiva y rlgidamente cada conjunto 26 de columna a la base 22. Cuando se usan abrazaderas 50 de la columna, los dispositivos flexibles se pueden desactivar (por ejemplo, se libera la presion del gas). Con las abrazaderas 50 de columna, a la muestra de ensayo se pueden aplicar cargas activadas, por ejemplo, cargas sinusoidales se pueden aplicar a, por ejemplo, mas bajas frecuencias. Sin embargo, para mayores frecuencias de carga, incluyendo la frecuencia resonante del sistema 10 de ensayos con los dispositivos flexibles activados, las abrazaderas 50 de columna pueden ser
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desactivadas y el sistema 10 de ensayos puede entonces utilizar los dispositivos flexibles para proporcionar aislamiento y/o amortiguacion de los conjunto 26 de columna de la base 22.
Aunque se describe donde los dispositivos flexibles estan dispuestos entre los conjuntos 26 de las columnas y la base 22, en una realizacion adicional, los dispositivos flexibles pueden estar dispuestos entre los conjuntos 26 de las columnas y la cruceta 30, ademas o como alternativa a lo descrito anteriormente. Esta construction se ilustra en la Figura 1 por elementos o camaras con llneas de puntos 40', 42', 44' y 47', que indican elementos o camaras similares a la de elementos o camaras 40, 42, 44 y 47, respectivamente. En esta realizacion, el elemento 44' o la camara 47' soportan el peso de la cruceta 30.
Como se sabe en la tecnica, elevadores 54 adecuados (por ejemplo, hidraulicos, aunque tambien se pueden usar otras formas tales como accionado de tornillo, neumatico, electrico, etc.) se utilizan a menudo para mover la cruceta 30 hasta una position seleccionada. En vista de que los elevadores 54 pueden proporcionar una trayectoria de carga entre la cruceta 30 y la base 22, tambien puede ser deseable aislar esta trayectoria de carga con un dispositivo flexible. El dispositivo flexible puede tomar una serie de formas. Por ejemplo, un elemento de muelle blando, tal como un acoplamiento 60 elastomerico se puede proporcionar en la cruceta 30 y/o en la base 22. Como alternativa, o ademas, puede usarse una celda o camara 62 rellena de gas.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de una realizacion del sistema 10 de ensayos, mientras que las Figura 3 y 4 ilustran un conjunto 26 de la columna ejemplo, en detalle, donde los componentes similares se han identificado con los mismos numeros de referencia descritos anteriormente. En esta realizacion, el conjunto 26 de la columna incluye una funda 70 de la columna en una parte inferior de la misma y una parte superior 72 maciza de la columna. Dos tubos 42 de la columna se utilizan con la camara 47 rellena de gas. Uno de los tubos 42 esta dispuesto por encima de la abrazadera 50 de la columna, mientras que el otro esta dispuesto por debajo de la abrazadera 50 de la columna.
La abrazadera 50 de la columna incluye un conjunto 80 de cilindro de soporte central con cilindros 82 configurados para recibir pistones 84 que proporcionen conjuntos de actuadores. Cada piston 84 esta acoplado a una cuna 86 con forma de cono a traves de una varilla 88. La forma de cono 86 esta configurada para operar con un conjunto receptor 90 que tiene elementos con forma de cuna dispuestos de forma anular alrededor de la cuna 86 de manera que el movimiento de la cuna 86 cuando es impulsada por el piston 84 provocara que los elementos con forma de cuna del conjunto receptor 90 se acoplen a la pared interior de la funda 70 de las columnas.
En la realizacion de la Figura 2, el sistema 10 de ensayos incluye un conjunto actuador horizontal 90 ademas del conjunto actuador vertical 28. El conjunto actuador horizontal 90 incluye una mesa de carga 92 a la que puede estar unido el transductor de fuerza (no mostrado). La mesa de carga 92 incluye una placa superior 94 y una placa inferior 96 donde la placa superior 94 y la placa inferior 96 estan acopladas entre si con un conjunto de rodamientos lineal 98 y un actuador (no mostrado). Aunque el conjunto actuador horizontal 90 no se requiere en cada sistema 10 de ensayos, si esta presente, los dispositivos flexibles descritos en el presente documento pueden ser beneficiosos por las razones discutidas anteriormente con respecto al actuador vertical 28. Del mismo modo, si un actuador giratorio esta presente en el sistema 10 de ensayos para aplicar un momento o cargas de torsion a una muestra de ensayo, los dispositivos flexibles pueden tambien ser beneficiosos.
En resumen, se proporciona una estructura de reaction blanda para un sistema de ensayos con el fin de aislar los conjuntos 26 de columnas de la base 22 y/o de la cruceta 30. Los dispositivos flexibles dispuestos entre los conjuntos flexibles 26 y la base 22 y/o la cruceta 30 alslan la interaction de estos componentes y reducen las vibraciones de modo estructural transmitidas reduciendo de ese modo el movimiento excitado del transductor de fuerza, mejorando de ese modo el intervalo de comportamiento y/o seguridad de los resultados obtenidos.
Aunque el objeto se ha descrito en un lenguaje especlfico para las caracterlsticas estructurales y/o los actos metodologicos, ha de entenderse que el objeto definido en las reivindicaciones adjuntas no se limita a las caracterlsticas o actos especlficos descritos anteriormente como se han mantenido por los tribunales. Por el contrario, las caracterlsticas y actos especlficos descritos anteriormente se divulgan como formas de ejemplos de implantar las reivindicaciones.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema (10) de ensayos de materiales que comprende:
    una base (22);
    un par de conjuntos (26) de columna, teniendo cada conjunto (26) de columna una columna que se extiende hacia arriba a lo largo de un eje vertical;
    una cruceta (30) unida a extremos del par de conjuntos (26) de columna alejada de la base (22);
    un par de portamuestras (34A, 34B), en donde un primer portamuestras esta soportado por la base (22) y un
    segundo portamuestras esta soportado por la cruceta (30);
    un primer acoplamiento (44, 44') flexible para cada columna, estando cada acoplamiento flexible dispuesto entre un conjunto de columna y al menos una de entre la base (22) y la cruceta (30), proporcionando cada acoplamiento flexible un aislamiento lineal vertical entre el conjunto (26) de columna y la, al menos una, base (22) y cruceta (30); y
    un segundo acoplamiento (42, 42') flexible para cada columna, dispuesto cada segundo acoplamiento flexible alrededor de un conjunto de columna entre el conjunto de columna y la, al menos una, base (20) y cruceta (30), el segundo acoplamiento flexible que es flexible a lo largo de un eje perpendicular al eje vertical.
  2. 2. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde el primer acoplamiento (44, 44') flexible comprende una celda inflable.
  3. 3. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde el segundo acoplamiento (42, 42') flexible comprende una celda inflable.
  4. 4. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde el primer acoplamiento (44, 44') flexible comprende una camara presurizable sellada dispuesta debajo de cada conjunto (26) de columna.
  5. 5. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde el segundo acoplamiento (42, 42') flexible esta configurado para engranar la superficie exterior vertical correspondiente de la columna para proporcionar dicha adaptabilidad.
  6. 6. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1 y que ademas comprende abrazaderas para sujetar de forma rlgidamente selectiva la columna de cada conjunto (26) de columna a la base (22).
  7. 7. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde los acoplamientos (42, 42', 44, 44') flexibles estan configurados para engranar el correspondiente conjunto de columnas (26) con la adaptabilidad para reducir la excitacion en modo caja de la base (22), el par de conjuntos (26) de columna y la cruceta (30).
  8. 8. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde cada uno de los segundos acoplamientos (42, 42') flexibles es ajustable para proporcionar una adaptabilidad ajustable a lo largo y/o alrededor de un eje que es perpendicular al eje vertical.
  9. 9. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, en donde cada uno de los segundos acoplamientos (42, 42') flexibles comprende una pluralidad de camaras selectivamente inflables dispuestas alrededor de cada eje vertical respectivo.
  10. 10. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 1, y que comprende ademas:
    abrazaderas configuradas para unir de forma rlgidamente selectiva la columna de cada conjunto de columna a la base (22);
    en donde el segundo acoplamiento (42, 42') flexible esta configurado para proporcionar adaptabilidad a lo largo de un eje ortogonal a un eje vertical de cada conjunto (26) de columna cuando la abrazadera no esta uniendo rlgidamente cada conjunto de columna a la base (22).
  11. 11. El sistema (10) de ensayos de la reivindicacion 10, en donde dicho segundo acoplamiento flexible comprende un elemento flexible dispuesto entre cada conjunto (26) de columna y la base (22), en donde el segundo elemento flexible incluye una abertura central a traves de la cual se extiende una parte del conjunto (26) de columna.
  12. 12. El sistema (10) de ensayos segun la reivindicacion 11, en donde dicho segundo acoplamiento flexible comprende un segundo elemento flexible dispuesto entre cada conjunto (26) de columna y la base (22) y a una distancia del primer elemento flexible mencionado a lo largo del conjunto (26) de columna, en donde el segundo elemento flexible incluye una abertura central a traves de la cual se extiende una parte del conjunto (26) de columna.
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