Le nuove tecnologie hanno allargato il campo dei materiali da impiegare nelle costruzioni; ricorrono pertanto molto spesso studi su materiali ad alta resistenza, allo stesso tempo fragili e con tendenza alla frattura. Al fine di poter indagare sul loro comportamento sono state messe a punto e costruite macchine di prova servocontrollate a comando elettronico o digitale.
Principio di funzionamento
Le macchine servopilotate si basano su un circuito di regolazione ad anello chiuso o close-loop. Scelta una grandezza fisica come variabile di controllo, si definisce, tramite un sistema elettronico, la legge di variazione nel tempo di questa grandezza. Un sistema di regolazione esegue continue verifiche fra il valore della grandezza prefissata, che costituisce il segnale imposto ed il valore della grandezza sull'elemento in prova che, misurato da un apposito trasduttore, costituisce il segnale attuato dalla machina. L'eventuale differenza tra i due segnali costituisce il segnale di "errore" che, opportunamente amplificato, comanda, attraverso una eletttrovalvola idraulica di regolazione (che costiuisce un po' il "cuore" della macchina), un cilindro a doppio effetto, mediante immissione o fuoriuscita di olio nel pistone di carico. La posizione di equilibrio che si raggiunge è dunque quella in cui il segnale attuato è uguale a quello imposto.
Composizione
Queste macchine di prova sono composte da tre sottogruppi:
Incastellatura di carico
È prevista per l'applicazione di carichi assiali sia di tipo monotonico che dinamico permettendo l'esecuzione di prove di trazione e compressione. L'elevata rigidezza consente di operare con carichi ciclici senza pericolo di risonanze e ridurre al minimo le perdite di potenza dovute a deformazioni della struttura.
Il posizionamento della traversa superiore ed il suo fissaggio avvengono mediante dispositivi idraulici. Questo permette il miglior allineamento assiale.
Il carico assiale viene applicato per mezzo di un attuatore lineare (martinetto idraulico) a doppio effetto, con stelo passante, incorporato alla base dell'incastellatura.
Una elettovalvola a quattro vie, consente la regolazione del flusso d'olio all'attuatore, in risposta al segnale elettrico di comando generato da un servoregolatore.
A scopo di comando del sistema sono presenti dei trasduttori di misura: una cella di carico ad estensimetri elettrici (per la misura del carico assiale), un trasduttore di spostamento di tipo differenziale (LVDT) collocato all'interno dell'attuatore (per la misura della corsa), un estensimetro elettrico a balestrino per il rilievo delle deformazioni sull'oggetto in prova.
Quadro elettronico di comando
Contiene le apparecchiature elettroniche di programmazione, comando e lettura dati.
La programmazione avviene tramite un Generatore digitale di funzioni. Questa unità consente di generare un segnale avente differenti forme: una rampa con tempo di salita variabile, una sinusoide a diversi valori di frequenza per realizzare prove cicliche. Un dispositivo di arresto consente di fermare la salita o l'esecuzione di cicli di carico in qualsiasi istante e mantenere costante il carico raggiunto per tempo indeterminato. Infine è possibile cambiare automaticamente, in corso di prova, il fronte di salita della rampa, consentendo una diversa velocità di carico, o la frequenza e l'ampiezza del carico per le prove cicliche.
Un pannello di comando consente l'avvio e l'arresto delle unità di programmazione e del generatrore idraulico nonché l'attivazione dei dispositivi di sicurezza.
Il servo regolatore comprende il selettore di controreazione che permette la selezione della grandezza di controllo desiderata.
Ogni trasduttore ha una sua unità di alimentazione, amplificazione e condizionamento del segnale.
Generatore oleodinamico
Fornisce il flusso d'olio al sottogruppo servovalvola-attuatore. Accoppiato ad un idoneo accumulatore, fornisce il flusso necessario per il funzionamento a ciclo sinusoidale della servovalvola./
Campo di applicazione
Questo tipo di macchine sono nate dalla necessità di comandare una prova sperimentale in base ad esigenze particolari, ad esempio attraverso il controllo di uno dei seguenti parametri:
- Carico applicato al provino
- Deformazione del provino
- Spostamento del pistone di carico
Macchina in dotazione al Laboratorio
La macchine in dotazione è una MTS entrata in funzione nell'anno 1993.
Il cilindro di carico può sviluppare una forza massima di 250 kN (sia in trazione che in compressione) e coprire una corsa di ± 80 mm.
L'unità elettronica di comando, Micro Console 458.2 0, è di tipo analogico, provvista di 3 unità di amplificazione e condizionamento del segnale: spostamento pistone, carico e deformazione. Ciascuna unità è corredata di 4 cartridge che consento la selezione di altrettante scale di lavoro:
- Spostamento pistone: ±10, ± 20, ± 50, ± 100 mm.
- Carico. 25, 50, 125, 250 kN.
La macchina è strutturata con un telaio a due colonne di altezza 2000 mm e consente una luce assiale di lavoro di 1500 mm. È provvista di un sistema idraulico di sollevamento e bloccaggio della traversa mobile.
Per le prove di compressione sono a corredo un piatto di appoggio per il provino ed uno snodo sferico di accoppiamento, del diametro di 165 mm.
Per le prove di flessione è a corredo un sistema per prove su tre punti. Una base di appoggio a luce variabile fino a 1000 mm, dotata di appoggi basculanti, e un ripartitore del carico con snodo.
La macchina è in classe 0.5 (UNI EN 10002/2) ed è regolarmente tarata dal servizio di taratura interno al Dipartimento.
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