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Tecnologie ottiche per lo studio delle vibrazioni

Le tecniche ottiche ad alta velocità diventeranno presto la norma, data la crescente necessità di analisi dinamiche complesse per lo studio delle dinamiche strutturali. I ricercatori europei hanno confrontato tre di queste tecnologie a pieno campo.
Tecnologie ottiche per lo studio delle vibrazioni
L’attuale elettronica delle videocamere è migliorata a tal punto che è possibile misurare e monitorare vibrazioni molto complesse le quali variano rapidamente. Gli scienziati del progetto TEFFMA (Towards experimental full field modal analysis) hanno studiato e confrontato tre tecnologie: interferometria elettronica di distribuzione della granulosità (electronic speckle pattern interferometry, ESPI), correlazione digitale di immagini (digital image correlation, DIC) e velocimetria laser doppler a scansione (scanning laser doppler velocimetry, SLDV). Queste sono considerate tecnologie a tutto campo, in quanto possono misurare grandi aree simultaneamente.

Le tecnologie ESPI, DIC e SLDV vengono maggiormente utilizzate per lo studio delle dinamiche strutturali dei componenti leggeri, particolarmente sensibili alle vibrazioni. Il progetto TEFFMA ha iniziato con la costruzione di una struttura per il posizionamento degli strumenti che utilizzano ogni specifica tecnologia. È stato creato un software per gestire l’acquisizione e la visualizzazione dei dati, e il confronto tra strumenti. I problemi di dinamica strutturale del caso sono stati scelti per compiere analisi.

I ricercatori hanno preso misure per ogni test, iniziando con una leggera piastra vibrante, e utilizzando tutte e tre le tecnologie simultaneamente. Sono state impiegate vaste gamme di frequenza, consentendo così di ottenere banchi di prova comparativi.

Il team TEFFMA ha costruito modelli sperimentali a pieno campo partendo dalle funzioni di risposta in frequenza, quindi mappando il comportamento dinamico di ogni struttura rispetto all’ingresso vibrazionale. Poiché la stessa struttura è stata utilizzata con ogni strumento, si sono evitate le differenze dovute a limiti e difetti.

Le rotazioni dinamiche e le tensioni superficiali possono essere calcolate dalle funzioni complete di risposta di frequenza a pieno campo, come anche le mappe dei modelli sperimentali nel dominio della frequenza. Le mappe di fatica possono dunque essere utilizzate per ottenere mappe di pericolo e valutazioni di tolleranza di errore, prevedendo così fatica e danni. La disponibilità di dati da tutte e tre le tecniche ha prodotto risultati molto più accurati, rivelando problemi con le tecniche individuali e permettendo modelli numerici più ricchi e ristretti.

L’approccio del progetto di misura coordinata a pieno campo comporterà applicazioni per ingegneria meccanica e molti altri campi, i quali comprendono il settore aerospaziale le tecnologie dei veicoli, il collaudo di componenti elettronici in ambienti difficili, l’analisi del comportamento dei materiali avanzati, la valutazione dei rischi e l’accertamento di qualità nei processi di produzione.

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Keywords

Tecnologie ottiche, vibrazione TEFFMA, ESPI, DIC, SLDV