Prove di vibrazioni ed urti

Le prove di vibrazione e urti sono test sperimentali utilizzati per valutare la resistenza e l'affidabilità di componenti, dispositivi o strutture sottoposti a sollecitazioni meccaniche come vibrazioni e impatti. Questi test sono fondamentali in settori come l'aerospaziale, l'automobilistico, ferroviario,  l'elettronico e il militare per garantire che i prodotti possano operare in ambienti difficili senza guasti.

 

Prove di Vibrazione

Le prove di vibrazione simulano le oscillazioni meccaniche che un prodotto può subire durante il trasporto, il funzionamento o l'uso in condizioni reali. Si dividono in:

• Vibrazioni sinusoidali: applicate a una frequenza specifica per individuare risonanze strutturali.
• Vibrazioni casuali (random): simulano condizioni reali di utilizzo con variazioni di frequenza e ampiezza casuali.
• Vibrazioni a shock: brevi impulsi ad alta accelerazione per simulare eventi come impatti o esplosioni.

 

Prove di Urto

Le prove di urto valutano la capacità di un prodotto di resistere a impatti improvvisi, come cadute o collisioni. Alcuni tipi di test includono:

• Urti classici: simulano impatti con forme d'onda definite (ad es. a dente di sega, trapezoidali).
• Caduta libera: per testare la resistenza di dispositivi elettronici e imballaggi.
• Shock balistico o esplosivo: usato in ambito militare per simulare esplosioni o impatti violenti.

Questi test vengono effettuati con strumenti come tavole vibranti, martelli di impatto e sistemi di caduta libera, spesso conformi a normative internazionali (ISO, MIL-STD, IEC).

Le prove di vibrazione Sine e Random sono due metodologie utilizzate per testare la resistenza e l’affidabilità di componenti e sistemi soggetti a vibrazioni meccaniche. Sono ampiamente impiegate in settori come l'aerospaziale, l'automobilistico, l'elettronico e il militare.

 

Prova di Vibrazione Sine (Sinusoidale)

La vibrazione sinusoidale consiste in un segnale periodico a una o più frequenze ben definite, simulando vibrazioni prevedibili e ripetitive.

Caratteristiche:

• L’oggetto viene sottoposto a oscillazioni con una singola frequenza alla volta, che può essere variata in modo continuo o a passi.
• L'ampiezza e la frequenza della vibrazione possono essere controllate con precisione.
• Viene spesso utilizzata per individuare frequenze di risonanza, cioè punti in cui le vibrazioni amplificano gli sforzi meccanici sul componente.

Tipologie di test Sine:

• Sweep Sine: la frequenza varia progressivamente in un determinato intervallo (es. 10 Hz - 2000 Hz) per identificare le risonanze.
• Dwell Sine: una frequenza specifica viene mantenuta costante per un tempo prolungato, utile per verificare la resistenza del prodotto a frequenze critiche.

Applicazioni:

• Identificazione della risposta strutturale.
• Test di resistenza dei materiali a sollecitazioni ripetitive.
• Analisi della fatica meccanica.

 

Prova di Vibrazione Random (Casuale)

La vibrazione random è un segnale complesso costituito da molte frequenze simultanee con ampiezza variabile nel tempo, simulando condizioni reali di utilizzo più realistiche rispetto alla vibrazione sinusoidale.

Caratteristiche:

• Il segnale è costituito da un insieme di frequenze casuali che riproducono l’ambiente operativo reale (ad esempio, le vibrazioni subite da un satellite in fase di lancio o un’auto su una strada sconnessa).
• L'intensità della vibrazione è descritta in termini di PSD (Power Spectral Density), che rappresenta l'energia distribuita sulle varie frequenze.
• Permette di valutare il comportamento del prodotto in condizioni non prevedibili e multi-frequenza.

Applicazioni:

• Test di vibrazione su componenti elettronici, aerospaziali, e automobilistici.
• Simulazione di vibrazioni da trasporto e ambientali.
• Stress test per verificare la resistenza alla fatica strutturale.

Differenze tra Vibrazione Sine e Random

Caratteristica	Vibrazione Sine	Vibrazione Random
Tipo di segnale	Sinusoidale, una frequenza alla volta	Frequenze multiple simultanee
Scopo principale	Individuare risonanze e analizzare la risposta strutturale	Simulare condizioni reali e valutare resistenza alla fatica
Controllo	Preciso e deterministico	Stocastico (casuale) con densità di potenza definita

In molti casi, i due test vengono combinati per una valutazione più completa, per esempio con prove Sine-on-Random, dove un segnale sinusoidale viene sovrapposto a un segnale random per simulare vibrazioni con componenti periodiche predominanti.

Le prove di shock sono test meccanici utilizzati per valutare la resistenza di un componente, dispositivo o struttura a impatti improvvisi e violenti. Questi test simulano condizioni reali come cadute, urti, esplosioni o impatti accidentali, aiutando a identificare eventuali punti deboli nei materiali e nelle connessioni meccaniche o elettroniche.

 

Tipologie di Prove di Shock

Le prove di shock possono essere suddivise in diverse categorie a seconda del tipo di impatto simulato:

1. Shock Classico (Meccanico)

Consiste in un impulso singolo o ripetuto applicato all'oggetto in prova.
Il segnale ha una forma d’onda predefinita, come:

• Dente di sega (Half-Sine Shock): simula urti tipici come cadute o impatti.
• Trapezoidale: usato per test più severi su materiali duttili.
• Impulso rettangolare: per simulare shock più lunghi nel tempo.

Applicazioni: test su componenti elettronici, strutture aerospaziali e automotive per verificare la resistenza a impatti.

 

2. Shock da Caduta

L’oggetto viene lasciato cadere da una determinata altezza su una superficie rigida o su un supporto specifico.
La prova valuta:

• Resistenza agli urti da trasporto (es. telecomando che cade).
• Integrità strutturale dopo impatti accidentali.

Applicazioni: smartphone, computer portatili, comandi e controlli portatili, strumenti medici, packaging.

 

Parametri delle Prove di Shock

Durante un test di shock vengono misurati diversi parametri fondamentali:

1. Accelerazione (g): intensità dell'urto, misurata in multipli dell’accelerazione gravitazionale.
2. Durata dell'impulso (ms): tempo in cui l’oggetto subisce l’accelerazione.
3. Forma d'onda: determina il tipo di energia trasferita all'oggetto.

Elettra dispone di due siti di prova con shaker dotato di slip table per prova sui tre assi per esecuzione prove di:

 

• Vibrazioni Sinusoidali secondo le norme internazionali IEC60068-2-6.
• Vibrazioni Random secondo le norme internazionali IEC60068-2-64.
• Shock secondo le norme internazionali IEC60068-2-27.

 

Tali norme id base sono richiamate dalle principali norme nel settore ferroviario nonché dalle norme ETSI per apparti di telecomunicazione. Inoltre vengono effettuate prove di validazione del packaging secondo ASTM 4169