SISTEMAS PARA ENSAIOS DE ALTA VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO

Os testes de alta taxa de deformação (high strain rate testing) analisam como os materiais reagem a solicitações rápidas e intensas, simulando eventos extremos, como acidentes automobilísticos e impactos aeroespaciais. Os sistemas do STEP Lab para testes de alta taxa de deformação são: atuadores lineares, torres de queda e sistemas rotativos de alta velocidade.
Características

Carga máx: 120 kN
Velocidade máx: 35 m/s

Tipo de teste

Alta velocidade
Compressão
Tração
Impacto

Aplicações

Plásticos
Metais
Compostos

SISTEMAS PARA ENSAIOS DE ALTA VELOCIDADE DE DEFORMAÇÃO

Os testes de alta taxa de deformação (high strain rate testing) analisam como os materiais reagem a solicitações rápidas e intensas, simulando eventos extremos, como acidentes automobilísticos e impactos aeroespaciais. Os sistemas do STEP Lab para testes de alta taxa de deformação são: atuadores lineares, torres de queda e sistemas rotativos de alta velocidade.
Características

Carga máx: 120 kN
Velocidade máx: 35 m/s

Tipo de teste

Alta velocidade
Compressão
Tração
Impacto

Aplicações

Plásticos
Metais
Compostos

Ensaios de deformação em alta velocidade

Os sistemas STEP Lab para alta velocidade de deformação são projetados para realizar ensaios de tração e compressão de maneira flexível, graças à sua alta velocidade, de até 35 m/s, e à ampla faixa de força disponível, que vai de poucos newtons a 120 kN. Além disso, é possível adicionar uma câmara climática para testar os materiais em diferentes temperaturas.

Com excelente desempenho, nossos sistemas simulam condições extremas em metais, plásticos e compósitos, garantindo a conformidade com normas internacionais como ASTM D3763, ASTM D638-5 e ISO 8256-2.

  • Projetados também para testes de HCF (Fadiga de Alto Ciclo)
  • Integração com câmeras de alta velocidade e software DIC (Correlação de Imagem Digital)
  • Testes altamente repetíveis e confiáveis
  • Configuração com um ou vários atuadores
  • Ampla gama de acessórios disponíveis (câmara climática, sistemas antirrebote, sistemas de alta energia)
  • Garras e dispositivos de fixação especiais, projetados especificamente para testes com alta taxa de deformação
  • Baixo consumo de energia, manutenção reduzida
  • Caracterização de metais, compósitos e polímeros, desde condições quase estáticas até taxas de deformação de 1000/s
  • Dano cumulativo em componentes aeroespaciais sujeitos a impactos em alta velocidade
  • Impacto em caso de acidente automobilístico (teste de colisão)
  • Tensão de impacto em cordas de paraquedas e cintos de segurança
  • Redução do peso dos componentes
  • Equipamentos esportivos e proteções
  • Caracterização do comportamento dinâmico de materiais avançados
  • ASTM D3763
  • ASTM D638-5
  • ISO 8256-2
  • ISO 6603-2
  • ISO 26203-2
  • ISO 18872
  • ISO 11343
  • SAE International J2749

TECNOLOGIAS PARA ENSAIOS DE ALTA TAXA DE DEFORMAÇÃO

MÁQUINAS ELETRODINÂMICAS

  • Velocidade máxima: 8 m/s
  • Força dinâmica de até 120 kN
  • Controle em malha fechada

TORRES DE QUEDA PARA TESTES DE IMPACTO

  • Velocidade máxima: 24 m/s
  • Energia de impacto de até 2.000 J
  • Área de teste personalizável

SISTEMA ROTATIVO DE ALTA VELOCIDADE

  • Velocidade máxima: 35 m/s
  • Força máxima de até 50 kN
  • Versão padrão e reforçada

MÁQUINAS ELETRODINÂMICAS

Para implementar os ensaios de alta taxa de deformação nas séries HUD e XUD, foi desenvolvido um sistema dedicado, composto por garras especiais com adaptador de folga, necessário para atingir a velocidade de ensaio antes do impacto na amostra. Compatível com amostras de acordo com a norma ISO 8256.

  • Máquina de ensaio versátil, que também pode ser utilizada para diversas outras aplicações (fadiga com alto e baixo número de ciclos, mecânica da fratura, ensaios mecânicos gerais)
  • Controle em circuito fechado, que permite manter constante a velocidade definida
  • Configuração simples, que permite ao usuário realizar diversos ensaios sem complicações
  • Aquisição da carga por meio de célula de carga piezoelétrica, amplificador e placa de aquisição dedicada

TORRES DE QUEDA PARA TESTES DE IMPACTO

A torre de queda é a solução mais flexível para testes de impacto, dos quais os testes com alta taxa de deformação representam apenas uma das possíveis aplicações.

  • Energia máxima de impacto: até 2.000 J
  • Velocidade de impacto: de 0,2 m/s até 24 m/s (com sistema de aceleração adicional)
  • Área de teste ampla e acessível (500 x 400 x 900 mm)
  • Interface de usuário intuitiva, com elevação, posicionamento e liberação automatizados do peso
  • Frequência de aquisição do sinal de carga de até 3,5 MHz a 16 bits
  • Alto grau de personalização, desde as dimensões da área de teste até os recursos do software
  • Possibilidade de integração com acessórios específicos

SISTEMA ROTATIVO DE ALTA VELOCIDADE

A máquina rotativa STEP Lab foi projetada especificamente para testes em velocidades mais elevadas. A inércia do volante permite manter a velocidade praticamente constante durante todo o impacto, uma vantagem decisiva para a repetibilidade dos testes. O sistema integra uma célula de carga piezoelétrica diretamente no suporte da amostra e um sistema de aquisição de dados de até 3,5 MHz, para capturar com precisão até mesmo os eventos mais rápidos.

  • Velocidade máxima: até 35 m/s
  • Força máxima de pico: 10 kN (versão padrão), até 50 kN (versão reforçada)
  • Aquisição de dados de até 3,5 MHz

CARACTERÍSTICAS

Sem manutenção

Elevada confiabilidade

Alta eficiência

Ampla gama de uso

Instalação simples

Coleta e análise de dados

Em todas as três soluções, a carga é captada por meio de uma célula de carga piezoelétrica. A deformação, por outro lado, não pode ser medida com um extensômetro tradicional nas velocidades envolvidas: por isso, utiliza-se a captura de imagens em alta velocidade combinada com a análise DIC (Correlação de Imagem Digital).

Hardware e software utilizados

  • Câmera de alta velocidade Photron (série NOVA): 1024 x 1024 px a 16.000 fps; até 100.000 fps a 384 x 256 px; até 300.000 fps a 128 x 128 px
  • Software de análise DIC Alpha da X-Sight: extrapola os dados de deformação a partir de uma sequência de imagens, com medições de deslocamento sem contato em 2D e 3D

O ponto de impacto da amostra deve estar bem iluminado (luzes LED específicas) para garantir uma boa qualidade das imagens e, consequentemente, da análise.

Como funciona o processamento

Durante o teste, são capturados dois fluxos de dados em paralelo, sincronizados por meio do controlador de teste: o sinal de carga e o vídeo em alta velocidade. O vídeo é convertido em fotogramas individuais para a análise DIC, que traça um ponto (subconjunto) na imagem e o acompanha ao longo de toda a sequência, obtendo os dados de deformação (deformação real ou de engenharia) para cada ponto da amostra. Ao combinar carga e deformação, constrói-se a curva tensão-deformação do material na velocidade de ensaio escolhida.

Torre de queda – DW2000

Câmera de alta velocidade – Photron NOVA

PERGUNTAS FREQUENTES

O teste de deformação em alta velocidade consiste em aplicar uma carga muito rápida a um material ou componente, comprimindo-o ou alongando-o em milissegundos, em vez de segundos, para simular eventos extremos, como acidentes de trânsito, explosões ou impactos balísticos. Ele permite medir como os materiais se comportam de maneira diferente em alta velocidade em comparação com uma carga lenta e quase estática.

Os testes de alta taxa de deformação reproduzem eventos reais de impacto em que a deformação ocorre em milissegundos, como acidentes automobilísticos, explosões ou impactos balísticos. Sem esses testes, os projetistas teriam apenas dados de cargas lentas e não poderiam prever com precisão o comportamento do material em cenários de perigo real, correndo o risco de subestimar os danos ou superestimar a proteção.

Em altas velocidades de deformação, os materiais frequentemente se tornam mais rígidos e resistentes, mas também mais frágeis, absorvendo menos energia antes da ruptura em comparação com o mesmo material submetido a uma carga lenta. Esse comportamento dependente da velocidade é fundamental para aplicações críticas em termos de segurança, como a proteção contra impactos em veículos, blindagens e dispositivos de proteção, onde os dados relativos aos materiais submetidos a uma carga lenta, por si só, forneceriam previsões enganosas.

Um teste quase estático aplica a carga lentamente (segundos ou minutos) e mede a resistência e o alongamento na ruptura do material em condições ideais. Um ensaio de alta velocidade de deformação aplica a mesma carga em milissegundos, e o material se comporta de maneira diferente: muitas vezes se torna mais rígido e resistente, mas também mais frágil, absorvendo menos energia antes de se romper. Ignorar essa diferença levaria a previsões erradas em projetos de segurança.

Os ensaios de deformação em alta velocidade são utilizados na simulação de acidentes automobilísticos, na análise de impactos no setor aeroespacial, na certificação de dispositivos de proteção (capacetes, coletes à prova de balas), no desenvolvimento de proteções contra explosões e projéteis, no projeto de equipamentos esportivos e na pesquisa de materiais para aplicações nas quais impactos ou cargas explosivas representam um risco concreto.

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