ES2913427T3 - Aparato y método de ensayo de choque - Google Patents
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Abstract
Un aparato (1) de ensayo de choque que comprende: una mesa (20) de impacto para soportar un objeto que se va a ensayar; un tanque (30); una o más pistolas de aire; caracterizado por que el aparato comprende además al menos un flotador (40); en donde una o más pistolas de aire (50) están ubicadas dentro del tanque en una ubicación entre la base (305) del tanque y el al menos un flotador (40); y en donde el al menos un flotador (40) está dispuesto para flotar sobre un fluido (60) contenido dentro del tanque (30) y se puede mover dentro del tanque para impactar la mesa (20) de impacto en respuesta al disparo de uno o más pistolas de aire (50).
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato y método de ensayo de choque
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un método portátil de equipo de ensayo de choque que utiliza pistolas de aire sísmicas para simular los efectos de los choques, como, entre otros, explosiones submarinas (UNDEX), con el fin de evaluar y probar la solidez de un elemento ensayado a un choque mecánico de una variedad de formas y severidades.
Antecedentes de la invención
Los ensayos de choque se utilizan en muchos entornos de ingeniería diferentes para demostrar la robustez y la resistencia de los equipos o sistemas a un choque mecánico. El tipo de entrada de choque mecánico puede variar desde un simple criterio de robustez y baja aceleración para el manejo y transporte de un solo elemento, hasta un pulso de choque complejo y de alta severidad aplicada a un sistema en funcionamiento, por ejemplo, un generador diésel o un gran sistema informático.
Los buques de guerra están diseñados para ser robustos ante explosiones submarinas (UNDEX), y para demostrar que un buque de guerra ha cumplido con el estándar requerido de capacidad de choque, normalmente se realizan una serie de ensayos de choque de calificación.
La gama de ensayos de calificación de choque realizadas cubre equipos y sistemas individuales, hasta ensayos que cubren todo el buque. Los equipos y sistemas individuales se ensayan con severidades de choque altas, mientras que los ensayos de choque de un buque completo pueden realizarse con una severidad más modesta para actuar como una prueba general del buque de guerra como sistema. Los requisitos de ensayo de choque también pueden aplicarse a artefactos explosivos complejos y municiones más simples embarcadas en un barco para certificar que son robustos y seguras para transportar y operar.
El documento GB 2355076 A divulga el uso de pistolas de aire sísmicas para simular el pulso de choque que surge de una explosión submarina sin contacto (UNDEX) contra un barco, submarino o barcaza. Este sistema ha demostrado su flexibilidad y capacidad, y encuentra uso en varias armadas de todo el mundo.
Los equipos y sistemas individuales pueden ensayarse en máquinas de impacto, pero requieren una infraestructura fija y solo pueden proporcionar una aproximación limitada a la forma de onda de choque UNDEX deseada. Existen varios entornos de choque diferentes en un buque de guerra, donde los parámetros clave como la aceleración máxima, el desplazamiento y la amortiguación varían con la distancia desde el UNDEX, la estructura del buque de guerra y la ubicación del elemento a bordo.
Las máquinas de ensayo de choque tipo martillo oscilante, tales como las descritas en el documento US 6,990,845 B2 y el documento US 5,003,811 A), o las máquinas donde el movimiento giratorio se convierte en una entrada de choque (como el documento US 20160258837 A1 y el documento US 5,355,716) pueden proporcionar solo una aproximación simplista de un evento UNDEX y, por lo general, se limitan a la gama de entornos de choque que pueden replicar.
El documento GB 2355076 A divulga el uso de pistolas de aire sísmicas para proporcionar un análogo preciso de UNDEX.
El artículo "The pressure field generated by a seismic airgun" por K.L. De Graaf, P.A. Brandner, I Penesis (Experimental Thermal and Fluid Science, 1 de mayo de 2014, Elsevier Inc.) divulga el uso de una pistola de aire sísmico a escala de laboratorio para estudiar el campo de presión generado cuando se dispara a dos presiones diferentes en un tanque de parte superior abierta.
En el 2007 informe titulado "Navy Ship Underwater Shock Prediction and Testing Capability Study por M. Brenner, se analiza el papel potencial del modelado experimental y la simulación para reemplazar los ensayos de choque completo (FSST) para certificar la dureza del barco en eventos UNDEX. El informe encontró que el uso de pistolas de aire puede proporcionar un papel útil, aunque se consideró que el impulso de presión emitido por una pistola de aire era mucho más pequeño que los requisitos del FSST.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método de ensayo de choque mejorado que utilice el beneficio de las pistolas de aire sísmicas.
Compendio de la invención
En un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de ensayo de choque que comprende:
una mesa de impacto para soportar un objeto que se va a ensayar;
un tanque;
una o más pistolas de aire;
caracterizado por que el aparato comprende además al menos un flotador, en donde una o más pistolas de aire están ubicadas dentro del tanque en una ubicación entre la base del tanque y al menos un flotador; y
en donde el al menos un flotador está dispuesto para flotar sobre un fluido contenido dentro del tanque y se puede mover dentro del tanque para impactar en la mesa de impacto en respuesta al disparo de una o más pistolas de aire. Opcionalmente, el tanque es un recipiente estanco a los fluidos con la parte superior abierta sustancialmente definido por una pluralidad de paredes laterales verticales que se extienden sustancialmente perpendiculares desde la base del tanque.
Opcionalmente, una o más pistolas de aire están montadas en un marco o marcos de soporte de pistolas de aire ubicados cerca de la base del tanque.
Opcionalmente, se proporcionan cuatro pistolas de aire. Opcionalmente, las pistolas de aire están dispuestas en una matriz simétrica. Opcionalmente, las pistolas de aire están dispuestas en pares. Opcionalmente, cada par de pistolas de aire está ubicado en un marco de soporte dedicado para pistolas de aire.
Opcionalmente, la separación del marco o marcos de soporte de la pistola de aire desde la base del tanque es ajustable por medio de separadores de altura variable que suben y bajan el marco de soporte. De esta manera, se puede ajustar la separación entre la(s) pistola(s) de aire y el flotador.
Opcionalmente, una o más pistolas de aire son pistolas de aire sísmicas, cuyo disparo provoca que se propague un pulso u onda acústica transitoria en el fluido contenido dentro del tanque que afecta el movimiento del al menos un flotador en la dirección de la mesa de impacto, para impartir un pulso de choque a la mesa de impacto y cualquier elemento de ensayo ubicado en ella.
Ventajosamente, las pistolas de aire sísmicas permiten modelar y dimensionar el pulso de choque mediante el uso de un número diferente de pistolas y/o la presión de disparo y/o el tiempo de disparo.
Opcionalmente, el al menos un flotador es un elemento flotante estanco a los fluidos que tiene una estructura de caja que comprende una parte superior, lados, una base y una placa de impacto del flotador formada a partir de una placa de acero.
Opcionalmente, el flotador se llena de aire de manera que la placa de impacto del flotador sea una placa de impacto respaldada por aire.
Opcionalmente, la mesa de impacto comprende una placa de asiento y una placa de impacto de la mesa de impacto dispuesta hacia la parte inferior de la placa de asiento, en donde la placa de impacto de la mesa de impacto está dispuesta para hacer contacto con la placa de impacto provista en el flotador.
Opcionalmente, la placa de impacto de la mesa de impacto se proporciona en una placa base de una estructura de caja que tiene una pluralidad de paredes laterales que cuelgan desde la parte inferior de la placa de asiento, y en donde la estructura de caja está configurada para extenderse hacia el extremo abierto del tanque.
Opcionalmente, la parte inferior de la placa de asiento de la mesa de impacto está provista alrededor de su perímetro de una pluralidad de miembros de soporte, estando unidos los miembros de soporte por los extremos para formar un borde continuo que está separado de la estructura de caja que delimita.
Opcionalmente, la mesa de impacto comprende además una pluralidad de patas.
Opcionalmente, la mesa de impacto comprende miembros de cuatro patas.
Opcionalmente, cada miembro de pata se extiende sustancialmente de manera perpendicular desde una esquina del borde de la placa de asiento. Opcionalmente, en dos lados opuestos de la mesa de impacto, los extremos libres de los elementos de patas adyacentes se unen mediante un miembro estructural, dispuesto sustancialmente en paralelo con la placa de asiento de la mesa de impacto.
Opcionalmente, las patas de la mesa de impacto se extienden hacia abajo alrededor y separadas del exterior de las paredes laterales del tanque.
Opcionalmente, el tanque incluye una pluralidad de guías de flotador y una pluralidad de guías de mesa de impacto. Opcionalmente, dentro del interior del tanque, cada pared lateral vertical opuesta está provista de uno o más miembros de guía de sección de canal mutuamente opuestos, cada miembro de guía de sección de canal comprende una primera parte de guía ubicada cerca del extremo abierto del tanque, y un la segunda parte de guía está separada de la primera parte de guía por un miembro de tope, en donde la primera parte de guía alberga al menos un rodillo adaptado para
acoplarse con una pared lateral de la estructura de la caja de la mesa de impacto, y en donde la segunda parte de guía alberga al menos un rodillo adaptado para acoplarse con el flotador.
Convenientemente, la primera parte de guía asegura que el movimiento de la mesa de impacto con respecto al tanque se mantenga sustancialmente lineal. Así, la primera parte de guía es una guía de mesa de impacto.
Convenientemente, la segunda parte de guía asegura que el movimiento del flotador dentro del tanque esté limitado a un movimiento lineal. Por tanto, la segunda parte de guía es una guía de flotador.
Opcionalmente, los miembros de tope de los miembros de guía de sección de canal están configurados para evitar que la estructura de caja de la mesa de impacto se extienda más hacia el interior del tanque y para mantener la placa de asiento de la mesa de impacto a una altura mínima por encima del extremo abierto del tanque.
Opcionalmente, en reposo, el flotador permanece dentro del tanque en una posición determinada por la cantidad de fluido, es decir, agua, presente en el tanque. Así, la separación entre las respectivas placas de impacto separadas del flotador y la mesa de impacto cuando el flotador está en reposo es función de la cantidad de fluido en el tanque y la masa del flotador.
Opcionalmente, el aparato de ensayo de choque comprende un medio para modificar y controlar el movimiento de la mesa de impacto después del impacto del flotador.
Opcionalmente, los medios para modificar y controlar el movimiento de la mesa de impacto después del impacto del flotador comprenden un primer medio de amortiguación que actúa sobre la mesa de impacto en el exterior del tanque y es operable para retardar la aceleración hacia arriba de la mesa de impacto después del impacto del flotador.
Opcionalmente, los primeros medios de amortiguación comprenden una pluralidad de amortiguadores variables adecuados ubicados entre las patas de la mesa de impacto y una superficie de apoyo, por ejemplo, pero sin limitarse a, una parte extendida de la base del tanque.
Opcionalmente, los amortiguadores variables adecuados se conectan entre las patas de la mesa de impacto y una superficie de apoyo a través de un miembro estructural de la mesa de impacto.
Opcionalmente, los amortiguadores variables son amortiguadores de resorte variables con rigidez y amortiguación combinadas.
Opcionalmente, cada amortiguador variable está dispuesto en alineación vertical con una pata de la mesa de impacto.
Opcionalmente, para controlar y limitar aún más el movimiento de la mesa de impacto después del impacto del flotador, el aparato de ensayo de choque comprende un segundo medio de amortiguación que actúa sobre la mesa de impacto en el exterior del tanque para detener el movimiento hacia abajo de la mesa de impacto, es decir, para desacelerar la mesa de impacto, durante el recorrido hacia abajo después del impacto.
Opcionalmente, el segundo medio de amortiguación comprende una pluralidad de amortiguadores de rigidez variable adecuados dispuestos en lados opuestos del tanque, cada amortiguador de rigidez variable está suspendido en un extremo de un lado del tanque a través de una estructura de reacción, con el extremo opuesto de cada amortiguador dispuesto para estar separado de un borde superior adyacente del miembro estructural de la mesa de impacto cuando está en una configuración descargada, y para hacer tope deslizante con el borde superior del miembro estructural cuando está en una configuración cargada.
Opcionalmente, cada amortiguador de rigidez variable es un amortiguador de camión ajustable o variable.
Opcionalmente, la separación del extremo de un amortiguador de un miembro estructural adyacente de la mesa de impacto es ajustable alterando la longitud del amortiguador, con la variabilidad de la separación permitiendo que la respuesta de la mesa de impacto a un impacto del flotador sea más variada.
Opcionalmente, para mitigar el desplazamiento del flotador y la mesa de impacto como resultado de la expansión de las burbujas de aire de la(s) pistola(s) de aire, el aire que emana de las pistolas de aire se ventila alrededor de los lados del flotador y hacia el extremo abierto del tanque.
Opcionalmente, para mitigar el desbordamiento del fluido por la parte superior del tanque y/o para reducir la energía del fluido perturbado por las pistolas de aire, se proporcionan deflectores alrededor de la parte superior del tanque y, opcionalmente, alrededor de la estructura de caja de la mesa de impacto.
Opcionalmente, la placa de asiento de la mesa de impacto comprende un miembro de soporte configurado para permitir el ensayo de elementos o equipos de ensayo en orientaciones alternativas. Por lo tanto, un elemento de equipo que se va a ensayar puede colocarse sobre la mesa de impacto en una orientación horizontal, o puede montarse contra el miembro de soporte provisto en la placa de asiento en una orientación vertical, o viceversa. De esta manera, se puede impartir un impulso de choque a un elemento de ensayo cuando está en una orientación horizontal o vertical.
Opcionalmente, la placa de impacto del flotador y/o la placa de impacto de la mesa de impacto pueden estar provistas además de uno o más revestimientos o almohadillas. Opcionalmente, los revestimientos o almohadillas pueden estar formadas por un material elástico, por ejemplo, pero sin limitarse a, material de elastómero. Diferentes revestimientos/almohadillas pueden comprender varios grados o espesores de material. De esta manera, el pulso de choque, y más específicamente el tiempo de subida, impartido a una mesa de impacto también puede, o alternativamente, moldearse alterando la respuesta de amortiguación a través de la provisión y/o alteración de los revestimientos/almohadillas en las placas de impacto seleccionadas.
En una disposición opcional, el aparato de ensayo de choque comprende una primera y segunda mesas de impacto separadas, dispuestas para el ensayo de choque en direcciones verticales y horizontales, respectivamente.
Opcionalmente, la primera mesa de impacto se puede mover en una dirección sustancialmente perpendicular (es decir, sustancialmente vertical) con respecto a la base del tanque, y la segunda mesa de impacto se puede mover en una dirección sustancialmente paralela (es decir, una dirección sustancialmente horizontal) con respecto a la base del tanque, en donde la primera mesa de impacto está asociada con un flotador limitado verticalmente y la segunda mesa de impacto está asociada con un flotador limitado horizontalmente.
Opcionalmente, la(s) pistola(s) de aire está(n) ubicada(s) debajo de la primera mesa de impacto. Convenientemente, al disparar las pistolas de aire, la energía del pulso acústico transitorio de la(s) pistola(s) de aire se transfiere a través del fluido dentro del tanque para mover el flotador limitado verticalmente hacia arriba para impactar la primera mesa de impacto y mover el flotador limitado horizontalmente lateralmente para impactar la segunda mesa de impacto. De esta manera, los ensayos de choque en dirección vertical y horizontal se pueden realizar simultáneamente.
Opcionalmente, el aparato de ensayo de choque comprende además una estructura de base para soportar la mesa de impacto y el tanque, en donde la estructura de base comprende una pluralidad de miembros laterales, miembros extremos y montantes de esquina dispuestos para definir un marco sustancialmente rectangular en forma de caja.
Opcionalmente, la estructura de base comprende uno o más travesaños o placas de arriostramiento.
Opcionalmente, en cada esquina de la estructura de base se proporciona una pieza moldeada adaptada para acoplarse con un cerrojo giratorio u otro conector para un montaje seguro en una superficie de apoyo, por ejemplo, el suelo o la superficie en una ubicación de ensayo, la caja de un remolque o la cubierta de un buque o plataforma. Preferiblemente, las fundiciones son fundiciones ISO. Opcionalmente, las piezas moldeadas se ubican en los extremos inferiores de los montantes de esquina respectivos. Opcionalmente, los extremos superiores de los montantes de las esquinas están provistos de piezas moldeadas o formaciones adecuadas, como ojales, para facilitar la elevación del aparato por una grúa o similar. Por lo tanto, la estructura de base es portátil.
Opcionalmente, la estructura de base tiene una longitud total nominal de 6,06 m y una anchura total de 2,44 m. De esta forma, la estructura de base tiene sustancialmente la misma huella que una unidad de contenedor ISO estándar de 20 pies (ft). La huella ISO y la provisión de piezas moldeada ISO adaptadas para recibir conectores estandarizados permite que el aparato de ensayo de choque se transporte en un remolque estándar y se asegure en su lugar de uso según una memoria descriptiva definida.
Opcionalmente, el aparato de ensayo de choque comprende además paredes laterales y extremas desmontables y una cubierta superior, las paredes laterales y extremas desmontables están adaptadas para sobresalir de la estructura de base de tal manera que el aparato se puede convertir de una configuración de transporte en contenedor a una configuración de ensayo de choque.
Opcionalmente, los controles de disparo de pistolas de aire están ubicados en las dependencias de la estructura de base.
Opcionalmente, el aparato de ensayo de choque comprende además uno o más medios de captura de datos, tales como, pero sin limitarse a: cámaras de alta velocidad; galgas extensiométricas; manómetros; acelerómetros u otra instrumentación que tenga el propósito de monitorear la respuesta del elemento de ensayo y proporcionar retroalimentación al operador sobre el funcionamiento del aparato.
Opcionalmente, el tanque, la(s) mesa(s) de impacto, el(los) flotador(es) y la estructura de base son de construcción de acero.
En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método de ensayo de choque de objetos que comprende las etapas de:
proporcionar un aparato de ensayo de choque de acuerdo con el primer aspecto de la invención;
asegurar un objeto u objetos que se van a ensayar en una mesa de impacto del aparato de ensayo de choque;
y disparar una o más pistolas de aire para provocar un pulso u onda acústica transitoria que se propague en el fluido contenido dentro del tanque para afectar el movimiento de un flotador en la dirección de la mesa de impacto de modo que el flotador impacte en la mesa de impacto impartiendo así un pulso de choque a el elemento de ensayo o los
elementos asegurados en el mismo.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos:
La Figura 1 es una vista frontal en perspectiva esquemática de una primera configuración de un aparato de ensayo de choque de acuerdo con la invención, para ensayaren una dirección vertical;
La Figura 2 es una vista lateral en perspectiva esquemática del aparato de ensayo de choque de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista trasera en perspectiva esquemática del aparato de ensayo de choque de las
Figuras 1 y 2;
Las Figuras 4a y 4b son secciones transversales esquemáticas del aparato de ensayo de choque de las Figuras 1 a 3;
La Figura 5 es una vista frontal en perspectiva esquemática de otra configuración del aparato de ensayo de choque de acuerdo con la invención, que comprende un miembro vertical para permitir el ensayo del equipo en orientaciones alternativas;
La Figura 6 es una vista frontal en perspectiva esquemática de otra configuración del aparato de ensayo de choque de acuerdo con la invención;
La Figura 7 es una vista frontal en sección transversal parcial esquemática de otra configuración del aparato de ensayo de choque de la Figura 6; y
La Figura 8 es una vista frontal en sección transversal esquemática de otra configuración del aparato de ensayo de choque de acuerdo con la invención, donde el ensayo puede realizarse en ambas direcciones, horizontal y/o vertical.
Descripción de las realizaciones preferidas
Con referencia a las Figuras 1 a 3 y 5 a 8, se muestran ejemplos de un aparato 1 de ensayo de choque de acuerdo con la invención que comprende una mesa 20 de impacto para soportar un objeto que se va a ensayar, un tanque 30, un flotador 40 (Figuras 4a, 4b, 7, 8) y una pluralidad de pistolas de aire 50 (Figuras 4a, 4b, 7, 8).
Con referencia a la Figura 4a, la mesa 20 de impacto es una estructura rígida que comprende una placa 21 de asiento y una estructura 22 de caja que cuelga de la parte inferior de la placa 21 de asiento. La estructura 22 de caja es una estructura rígida que tiene una pluralidad de paredes laterales 221,222, 223, 224 y una placa base 225. La placa base 225 está provista de una placa 226 de impacto en su parte inferior, es decir, en el fondo de y externa a la estructura 22 de caja. La placa 226 de impacto está dispuesta para hacer contacto con una placa 404 de impacto correspondiente provista en un flotador 40 ubicado dentro del tanque 30 como se describe a continuación. Preferiblemente, la mesa de impacto es de construcción de acero.
La parte inferior de la placa 21 de asiento está provista alrededor de su perímetro de una pluralidad de elementos de soporte, unidos por los extremos para formar un borde 23 continuo que está separado de la estructura 22 de caja que delimita. Los miembros de soporte que definen el borde 23 pueden comprender elementos en forma de caja, de sección en C u otros miembros adecuados, y pueden comprender opcionalmente una o más redes de refuerzo a lo largo de una parte o de toda la longitud respectiva de dichos miembros de soporte.
Con referencia a las Figuras 1 y 4a, la mesa 20 de impacto comprende además cuatro miembros 24 de patas, cada una de las cuales cuelga sustancialmente perpendicular desde una esquina del borde 23 de la placa 21 de asiento. En dos lados opuestos de la mesa de impacto, los extremos libres de los miembros 24 de patas adyacentes 4 están unidos por un miembro 25 estructural, dispuesto sustancialmente paralelo a la placa 21 de asiento.
Como se muestra en la Figura 5, un objeto 10 de ensayo de ejemplo se puede unir a la placa 21 de asiento mediante cualquier mecanismo de unión adecuado, por ejemplo, pero sin limitarse a, correas, bandas, abrazaderas o collares 11 de retención, diseñados para replicar las mismas limitaciones experimentadas por, o restricciones utilizadas en el objeto de ensayo en su entorno de servicio normal.
Con referencia a la Figura 4a, el tanque 30 es un recipiente estanco los a fluidos con la parte superior sustancialmente abierta que tiene una estructura rígida definida por una pluralidad de paredes laterales 301, 302, 303 verticales que se extienden sustancialmente perpendiculares desde un miembro 305 de base. Se muestra una cuarta pared lateral 304 en la Figura 1. Opcionalmente, el tanque es de construcción de acero.
Dentro del interior del tanque, sus paredes laterales 301, 302, 303, 304 opuestas están provistas cada una de uno o más miembros 31 de guía de sección de canal opuestos entre sí y dispuestos de manera sustancialmente vertical. Para mayor claridad, en la Figura 4a se muestran miembros 31 de guía de sección de canal solo en las paredes
laterales 301 y 302.
Cada miembro 31 de guía de sección de canal comprende una primera parte 311 de guía ubicada cerca del extremo abierto del tanque 30, y una segunda parte 312 de guía separada de la primera parte 311 de guía por un miembro 313 de tope.
Dentro de la primera parte 311 de guía se proporciona un rodillo 32 adaptado para acoplarse con una pared lateral de la estructura 22 de caja de la mesa de impacto. Dentro de la segunda parte de guía se proporcionan al menos uno, o preferiblemente dos, rodillos 33 adaptados para acoplarse con el flotador 40 ubicado dentro del tanque 30 como se describe a continuación.
Con referencia a la Figura 4a, que es una sección transversal del conjunto de tanque/mesa de impacto de la Figura 1 en el plano A-A, la mesa 20 de impacto está dispuesta de modo que cuando se ensambla el aparato 1, la estructura 22 de caja se extiende hacia el Extremo abierto del tanque 30 con las paredes laterales 221, 222, 223, 224 de la estructura 22 de caja estando cada una en acoplamiento guiado con un rodillo 32 de la primera parte 311 de guía de uno o más miembro(s) 31 de guía que asegura que el movimiento del impacto la mesa 20 con respecto al tanque 30 se mantiene sustancialmente lineal. Así, la primera parte 311 de guía es una guía de mesa 20 de impacto. El(los) miembro(s) 313 de tope del(los) miembro(s) 31 de guía de sección de canal evitan que la estructura de la caja se extienda más hacia el interior del tanque y mantienen la placa 21 de asiento de la mesa 20 de impacto a una altura mínima por encima del extremo abierto del tanque.
Cuando se ensamblan de esta manera, las patas 24 de la mesa de impacto se extienden hacia abajo alrededor y separadas del exterior de las paredes laterales 301, 302, 303, 304 del tanque 30.
El flotador 40 está ubicado dentro del tanque 30. El flotador 40 es un elemento de construcción de acero estanco a los fluidos, rígido y flotante que está dispuesto para flotar sobre un fluido, p.ej. agua 60, contenida dentro del tanque 30. Opcionalmente, el flotador 40 es una estructura de caja que comprende una parte superior 401, lados 402 y una base 403. La parte superior 401 del flotador, es decir, la superficie que mira hacia la placa 226 de impacto de la mesa 20 de impacto, está provista de una placa 404 de impacto de flotador, preferiblemente hecha de placa de acero. Para garantizar la discontinuidad agua-aire, el flotador 40 está lleno de aire y, por lo tanto, la placa 404 de impacto es una placa de acero con respaldo de aire.
El movimiento del flotador 40 dentro del tanque está limitado al movimiento lineal por medio de uno o más rodillos 33 ubicados en la segunda parte 312 de guía de uno o más miembro(s) 31 de guía. Por lo tanto, la segunda parte 312 de guía es, por lo tanto, una guía de flotador.
La posición de permanencia del flotador 40 dentro del tanque 30 está determinada por la cantidad de fluido, es decir, agua 60, presente en el tanque 30. En consecuencia, el tamaño del hueco X entre las respectivas placas 404, 226 de impactos del flotador y la mesa 20 de impacto en la posición de reposo es función de la cantidad de fluido en el tanque y la masa del flotador 40.
En una ubicación entre el flotador 40 y la base 305 del tanque 30 se proporciona al menos una pistola de aire 50 montada en un marco 51 de soporte de pistola de aire que está ubicado cerca de la base 305 del tanque 30. Opcionalmente, se proporcionan cuatro pistolas de aire. Opcionalmente, las pistolas de aire están dispuestas en una matriz simétrica. Opcionalmente, las pistolas de aire están dispuestas en pares. Opcionalmente, cada par está ubicado en un marco de soporte dedicado para pistolas de aire. En el ejemplo que se muestra en las Figuras 4a y 4b, se ven dos pistolas de aire 50 montadas en un marco 51 de soporte; sin embargo, debido a la naturaleza de la sección transversal de los dibujos, no se ven otras dos pistolas de aire montadas en un marco de soporte. Se apreciará que el número total de pistolas de aire empleadas puede variar dependiendo, por ejemplo, pero sin limitación, del tamaño del tanque o del tamaño de las pistolas de aire. El espacio entre el marco 51 de soporte de la pistola de aire y la base 305 del tanque 30 es ajustable por medio de separadores 52 de altura variable que suben y bajan el marco 51 de soporte. De esta manera, el espacio entre la(s) pistola(s) de aire y el flotador 40 puede ser ajustado.
Las pistolas de aire 50 son pistolas de aire sísmicas. Las pistolas de aire sísmicas son esencialmente cámaras de alta presión de aire comprimido que, mediante la acción de una válvula solenoide de actuación rápida, liberan rápidamente la presión en las cámaras, provocando que un pulso u onda acústica transitoria se propague en el agua 60 circundante.
Cuando se dispara, el pulso acústico transitorio de las pistolas de aire se encuentra con la base 403 del flotador para afectar el movimiento del flotador 40 en la dirección de la mesa 20 de impacto, después de lo cual la placa 404 de impacto del flotador choca con la placa 226 de impacto de la mesa 20 de impacto, impartiendo un pulso de choque a la mesa de impacto que se acelera hacia arriba. Este movimiento del flotador 40 y su posterior impacto con la mesa 20 de impacto se produce en un período de milisegundos.
Ventajosamente, las pistolas de aire 50 sísmicas permiten la conformación y la magnitud del pulso de choque mediante el uso de un número diferente de pistolas y/o la presión de disparo y/o el tiempo de disparo, con modificación adicional posible mediante la modificación de la forma en que la salida de la pistola de aire interactúa con la mesa de apoyo.
Para mitigar el desplazamiento secundario del flotador 40 y la mesa de impacto como resultado de la expansión de
las burbujas de aire de las pistolas de aire, el aire que emana de las pistolas de aire se ventila alrededor de los lados del flotador 40 y hacia el extremo abierto del tanque 30.
Para mitigar el desbordamiento del agua por la parte superior del tanque 30 y/o para reducir la energía del agua perturbada por las pistolas de aire 50, se proporcionan deflectores 37 alrededor de la parte superior del tanque 30 y, opcionalmente, alrededor de la estructura 22 de caja de la mesa de impacto.
Para modificar y controlar el movimiento de la mesa 20 de impacto después del impacto del flotador 40, la mesa 20 de impacto comprende un primer medio de amortiguación que actúa sobre la mesa de impacto en el exterior del tanque 30.
El primer medio de amortiguación funciona para retardar la aceleración hacia arriba de la mesa de impacto después del impacto, y comprende una pluralidad de amortiguadores 54 variables adecuados que están ubicados entre los miembros 25 estructurales de la mesa 20 de impacto y una superficie de apoyo, por ejemplo, pero no limitado a, una parte extendida de la base 305 del tanque como se muestra en la Figura 4a, o la superficie de la estructura 80 de base opcional como se muestra en la Figura 1. Opcionalmente, los amortiguadores 54 variables son amortiguadores de resorte variables con una rigidez y amortiguamiento combinados. Opcionalmente, los amortiguadores 54 variables están dispuestas en alineación vertical con las patas 24, es decir, hacia los extremos de los miembros 25.
Con referencia a las Figuras 1 y 4a, para controlar y limitar aún más el movimiento de la mesa 20 de impacto después del impacto del flotador 40, la mesa de impacto comprende además un segundo medio de amortiguación que actúa sobre la mesa 20 de impacto en el exterior del tanque 30.
El segundo medio de amortiguación funciona para detener el movimiento hacia abajo de la mesa de impacto, es decir, para desacelerar la mesa 20 de impacto durante el recorrido hacia abajo, y comprende una pluralidad de amortiguadores 35 de rigidez variable adecuados ubicados en lados 301, 303 opuestos del tanque 30. Cada amortiguador 35 de rigidez variable está conectado en un extremo a un lado del tanque 30 a través de una estructura 36 de reacción. Un ejemplo de un amortiguador adecuado es un amortiguador de camión ajustable o variable. En una configuración descargada como se muestra en las Figuras 1 y 4a, el extremo 35A opuesto de cada amortiguador 35 está separado del borde 25A superior adyacente de un miembro 25 estructural de la mesa de impacto. En una configuración cargada, el extremo 35A opuesto de cada amortiguador 35 está adaptado para hacer tope deslizante contra el borde 25A superior de un miembro 25 estructural. El hueco entre el extremo de cada amortiguador 35A y el borde 25A superior adyacente de un miembro 25 estructural puede ajustarse alterando la longitud del amortiguador, permitiendo la variabilidad del hueco que la respuesta de la mesa 20 de impacto varíe aún más.
Los primeros y segundos medios de amortiguación actúan juntos para modificar y limitar el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la mesa 20 de impacto en respuesta a la activación de las pistolas de aire 50.
Con referencia a las Figuras 1 y 5, el aire comprimido para las pistolas de aire 50 lo proporcionan botellas 70 de aire a alta presión y/o un compresor 75 de aire ubicado en el exterior del tanque, por ejemplo, en una estructura 80 de base del aparato de ensayo de choque. Las botellas 70 de aire pueden estar soportadas en un bastidor 71 montado en la estructura 80 de base. Con referencia a las Figuras 1 y 5, en una disposición opcional, el aparato de ensayo de choque comprende una estructura 80 de base. La estructura 80 de base es una estructura portátil que comprende miembros 81, 82, 83, 84, laterales miembros 85, 86, 87, 88 de extremo y montantes 89A, 89B, 89C, 89D de esquina. Los miembros 24, 25, 45, 46 laterales están separados y sustancialmente paralelos entre sí, y los miembros 85, 86, 87, 88 de extremo están separados y sustancialmente paralelos entre sí para que juntos, junto con los montantes 89A, 89B, 89C, 89D de esquina, definan un marco en forma de caja sustancialmente rectangular. Para aumentar la rigidez de la estructura 80 de base, se pueden proporcionar uno o más travesaños o placas 89E, 89F de refuerzo. Tales travesaños o placas 89F, 89F de refuerzo también pueden soportar el compresor 75 y las botellas 70 de aire montadas en la estructura 80 de base.
Cada esquina de la estructura 80 de base está provista de una pieza moldeada 89G adaptada para acoplarse con un cerrojo giratorio u otro conector para un montaje seguro en una superficie de apoyo, por ejemplo, el suelo o la superficie en una ubicación de ensayo, la caja de un remolque o la cubierta de un buque o plataforma. Tales piezas moldeadas 89G son preferiblemente piezas moldeadas ISO. Opcionalmente, las piezas moldeadas están ubicadas en los extremos inferiores de los montantes 89A, 89B, 89C, 89D de esquina respectivos. Los extremos superiores de los montantes 89A, 89B, 89C, 89D de esquina están opcionalmente provistos de piezas moldeadas o formaciones adecuadas, tales como ojales 89H, para facilitar la elevación del aparato por una grúa o similares. En las Figuras, la estructura 80 de base se muestra como un marco rectangular; sin embargo, se apreciará que en realizaciones alternativas se puede emplear cualquier forma adecuada de estructura de base. La estructura base es de construcción rígida de acero.
En un ejemplo, la estructura de base tiene una longitud nominal de 6,06 m de largo (L) total y una anchura (W) total de 2,44 m como se indica en la Figura 2. De esta manera, la estructura de base tiene sustancialmente la misma huella que una estructura estándar de 20 pies (ft) unidad de contenedor ISO. La huella ISO y la provisión de piezas de pieza moldeada ISO adaptadas para recibir conectores estandarizados permite que el aparato de ensayo de choque se transporte en un remolque estándar y se asegure en su lugar de uso según una memoria descriptiva definida.
Con referencia a las Figuras 3 y 5, el aparato de ensayo de choque comprende además paneles 891 de pared laterales y traseros desmontables que sobresalen de la estructura de base, y una cubierta o cubiertas superiores, que juntas ocultan el aparato dentro de un formato de contenedor y brindan protección contra el clima durante el transporte y almacenamiento. De esta manera, el aparato de ensayo de choque es convertible entre una configuración de transporte en contenedor y una configuración de ensayo de equipo ensamblado. Para mayor claridad, una parte de un panel 891 de una pared se muestra en las Figuras 1 y 3 solamente. Opcionalmente, la altura de las paredes laterales y traseras cuando están ensambladas se extienden a una altura nominal de 2,6 m por encima de la superficie de acoplamiento con el suelo de la estructura 80 de base.
Los ojales 89H provistos en los montantes 89A, 89B, 89C, 89D de esquina permiten colocar el aparato de ensayo de choque, por ejemplo, levantándolo con una grúa, en una ubicación de mantenimiento, ensayo o transporte. Además, una pluralidad de aberturas 89J provistas en la estructura de base a través de los miembros 81 y 83 laterales que están dimensionadas y separados para recibir las horquillas o púas de un aparato elevador con horquillas permiten mover fácilmente el aparato de ensayo de choque.
Como se muestra en las Figuras 1 y 5, el bastidor 71 de botellas de aire a alta presión y el compresor 75 de aire están montados cada uno sobre la estructura de base a través de una pluralidad de montantes 72 de amortiguadores que protegen contra los efectos de los pulsos de choque.
Con referencia a la Figura 5, la placa 21 de asiento de la mesa 20 de impacto puede comprender opcionalmente un miembro 26 de soporte para permitir el ensayo de elementos o equipos de ensayo en orientaciones alternativas. Por ejemplo, un objeto o elemento de equipo 10 que se va a ensayar puede colocarse sobre la mesa de impacto en una orientación horizontal, o puede montarse contra el miembro 26 de soporte provisto en la placa 21 de asiento en una orientación vertical, o viceversa. De esta manera, se puede impartir un impulso de choque a un elemento 10 de ensayo cuando está en una orientación horizontal o vertical.
Con referencia a las Figuras 6 y 7, opcionalmente, el aparato 1 de ensayo de choque puede comprender una mesa 20 de impacto alargada y un tanque 30B alargado asociado que se extiende a lo largo de la estructura 80 de base. Como se muestra en la Figura 7, que incluye una sección transversal de un parte del conjunto de tanque/mesa de impacto de la Figura 6 en el plano B-B, varias pistolas de aire 50 están dispuestas en una matriz lineal debajo del flotador 40 y la mesa 20 de impacto.
Con referencia a la Figura 8, se muestra una estructura 80 de base que soporta un ejemplo del aparato de ensayo de choque que comprende un tanque 30B alargado que incorpora mesas 20A, 20B de impacto separadas para ensayo de choque en ambas direcciones vertical y horizontal como se indica con las flechas X e Y, respectivamente. La primera mesa 20A de impacto se puede mover en una dirección vertical Y y está asociada con un flotador 40A limitado verticalmente. La segunda mesa 20B de impacto se puede mover en una dirección horizontal X y está asociada con un flotador 40B limitado horizontalmente. En este ejemplo, las pistolas de aire 50 están ubicadas debajo de la primera mesa 20A de impacto. Al operar las pistolas de aire, la energía del pulso acústico transitorio se transfiere a través del agua 60 directamente a los flotadores 40A, 40B asociados con la primera y segunda mesas 20A, 20B de impacto, respectivamente. El flotador 40A limitado verticalmente se mueve hacia arriba de manera que su placa 404a de impacto golpea la placa 226 de impacto de la mesa 20A de impacto de la manera descrita anteriormente. El flotador 40B limitado horizontalmente se mueve lateralmente de manera que su placa 404B de impacto golpea la placa 226 de impacto de la mesa 20B de impacto, impartiendo un pulso de choque horizontal en un objeto de ensayo que está ubicado en la mesa 20B de impacto. El ensayo de choque de un elemento en ambas direcciones, vertical y horizontal simplemente requiere reubicar el elemento de ensayo de una mesa de impacto a la otra y volver a disparar las pistolas de aire 50. Alternativamente, el ensayo de diferentes elementos en direcciones verticales y horizontales puede llevarse a cabo simultáneamente.
Con referencia a la Figura 4b, de acuerdo con la presente invención, una o más de las placas 226, 404, 404A, 404B de impacto de los flotadores y/o mesas de impacto pueden estar provistas además de uno o más revestimientos o almohadillas 405 en su superficie de golpeo. Los revestimientos o almohadillas 405 se pueden formar a partir de un material elástico, por ejemplo, pero sin limitarse a, material de elastómero. Diferentes revestimientos/almohadillas 405 pueden comprender diversos grados o espesores de material. De esta forma, el pulso de choque, y más específicamente el tiempo de subida, impartido a una mesa 20, 20A, 20B de impacto también puede, o alternativamente, configurarse alterando la respuesta de amortiguación mediante la provisión y/o alteración de los revestimientos/ almohadillas en las placas de impacto seleccionadas.
Los controles de disparo de pistolas de aire pueden estar ubicados dentro de las dependencias de la estructura 80 de base.
Como se muestra a modo de ejemplo en la Figura 5, el aparato de ensayo de choque comprende además uno o más medios de captura de datos situados en dicho aparato, tales como, sin limitarse a: cámaras 12 de alta velocidad; galgas 13 extensiométricas; manómetros 14 (Figura 4a); acelerómetros 15, u otra instrumentación que tenga el propósito de monitorear la respuesta del elemento de ensayo y proporcionar información al operador sobre el funcionamiento del aparato.
Por lo tanto, la presente invención proporciona un método y un aparato de ensayo de choque portátil que permite impartir un impulso de choque sintonizable al equipo de una manera segura, repetible y rentable.
Claims (15)
1. Un aparato (1) de ensayo de choque que comprende:
una mesa (20) de impacto para soportar un objeto que se va a ensayar;
un tanque (30);
una o más pistolas de aire;
caracterizado por que el aparato comprende además al menos un flotador (40);
en donde una o más pistolas de aire (50) están ubicadas dentro del tanque en una ubicación entre la base (305) del tanque y el al menos un flotador (40); y
en donde el al menos un flotador (40) está dispuesto para flotar sobre un fluido (60) contenido dentro del tanque (30) y se puede mover dentro del tanque para impactar la mesa (20) de impacto en respuesta al disparo de uno o más pistolas de aire (50).
2. Un aparato de ensayo de choque según la reivindicación 1, en donde el tanque (30) es un recipiente estanco a los fluidos con la parte superior sustancialmente abierta definido por una pluralidad de paredes laterales (301, 302, 303, 304) verticales que se extienden sustancialmente perpendiculares desde la base (305) del tanque.
3. Un aparato de ensayo de choque según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde una o más pistolas de aire (50) están montadas en un marco (51) de soporte de pistola de aire o marcos ubicados cerca de la base (305) del tanque (30).
4. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde
la una o más pistolas de aire (50) son pistolas de aire sísmicas, cuyo disparo está configurado para provocar que un pulso u onda acústica transitoria se propague en el fluido (60) contenido dentro del tanque (30) que afecta el movimiento de al menos uno flotador (40) en la dirección de la mesa (20) de impacto impartiendo así un pulso de choque a la mesa de impacto.
5. Un aparato de ensayo de choque según la reivindicación 4, en donde la forma y/o la magnitud del pulso de choque en la mesa (20) de impacto es variable.
6. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos un flotador (40) es un elemento flotante y estanco a los fluidos que tiene una estructura de caja que comprende una parte superior (401), lados (402), una base (403), y una placa (404) de impacto de flotador.
7. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la mesa (20) de impacto comprende una placa (21) de asiento y una placa (226) de impacto de mesa de impacto dispuesta hacia la parte inferior de la placa de asiento, y en donde la placa de impacto de mesa de impacto está dispuesta para hacer contacto con una placa (404) de impacto de flotador.
8. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tanque (30) incluye una o más guías (312) de flotador y una o más guías (311) de mesa de impacto.
9. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el aparato de ensayo de choque comprende además un medio para modificar y/o controlar el movimiento de la mesa (20) de impacto después del impacto del flotador (30).
10. Un aparato de ensayo de choque según la reivindicación 9, en donde los medios para modificar y/o controlar el movimiento de la mesa de impacto después del impacto del flotador comprenden un primer medio (54) de amortiguación que actúa sobre la mesa (20) de impacto externamente al tanque y es operable para retardar la aceleración hacia arriba de la mesa de impacto después del impacto del flotador (30).
11. Un aparato de ensayo de choque según la reivindicación 10, en donde los primeros medios de amortiguación comprenden una pluralidad de amortiguadores (54) variables situadas entre las patas (24) de la mesa de impacto y una superficie de apoyo.
12. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en donde la placa (404) de impacto del flotador y/o la placa (226) de impacto de la mesa de impacto están además provistas de uno o más revestimientos o almohadillas (405) resistentes
13. Un aparato de ensayo de choque según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el aparato de ensayo de choque comprende mesas de impacto primera (20A) y segunda (20B) separadas, dispuestas para ensayos de choque simultáneas en direcciones vertical y horizontal, respectivamente.
14. Un aparato de ensayo de choque según la reivindicación 13, en donde la primera mesa (20A) de impacto se puede mover en una dirección sustancialmente perpendicular con respecto a la base (305) del tanque (30), y la segunda mesa (20B) de impacto se puede mover en dirección sustancialmente paralela con respecto a la base (305) del tanque (30), y en donde la primera (20A) mesa de impacto está asociada con un flotador (40A) limitado verticalmente y la segunda mesa (20B) de impacto está asociada con un flotador (40B) limitado horizontalmente.
15. Un método de ensayo de choque de un objeto que comprende las etapas de:
proporcionar un aparato (1) de ensayo de choque que comprende una mesa (20) de impacto para soportar un objeto que se va a ensayar, un tanque (30), al menos un flotador (40) y una o más pistolas de aire (50) ubicadas dentro del tanque en una ubicación entre la base (305) del tanque y el al menos un flotador (40), en donde el al menos un flotador (40) está dispuesto para flotar sobre un fluido (60) contenido dentro del tanque y se puede mover dentro del tanque para impactar la mesa (20) de impacto en respuesta al disparo de una o más pistolas de aire (50);
asegurar un objeto que se va a ensayar en la mesa (20) de impacto del aparato de ensayo de choque;
y disparar una o más pistolas de aire (50) para provocar que un pulso u onda acústica transitoria se propague en el fluido (60) contenido dentro del tanque para afectar el movimiento del al menos un flotador (40) en la dirección de la mesa (20) de impacto de tal manera que el flotador (40) impacta la mesa de impacto impartiendo así un pulso de choque al objeto que se está ensayando.
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