Caratterizzazione dinamica con Analisi Modale Classica (EMA)

L’Impact Testing (analisi modale) è una tecnica d’indagine non distruttiva che consiste nel misurare le oscillazioni di una struttura generate da un impulso meccanico di intensità nota. È così possibile correlare all’eccitazione fornita la risposta della struttura misurata dai sensori. Tale correlazione avviene tramite la Funzione Risposta in Frequenza FRF, che rappresenta il rapporto tra le trasformate di Fourier dei segnali di eccitazione e risposta. Considerando sempre valida l’ipotesi di linearità del sistema sottoposto a sperimentazione, la sua risposta in frequenza non dipende dal tipo e dall’intensità dell’eccitazione impiegata. Tuttavia conoscere a priori la forzante permette di ottenere informazioni sul comportamento elastico della struttura indagata (rigidezza dinamica). La forza di eccitazione viene impressa con un martello e la sua intensità misurata per mezzo di un sensore accelerometrico posto nel corpo dello stesso. Un fattore di calibrazione ragguaglia l’accelerazione alla forza, essendo nota la massa dello strumento. La risposta della struttura viene invece misurata per mezzo di accelerometri montati su di essa: variare del punto in cui la struttura viene colpita ed al variare della posizione di lettura della risposta, può essere ricostruita l’intera matrice H(ω) delle FRF che sarà di dimensione tanto più grande quanto grande è il numero dei punti di misura implementati. La gestione delle fasi di misura viene condotta per mezzo della piattaforma Test.Lab (LMS prima, SIEMENS oggi), con il modulo Impact Testing dedicato. Nella fase di post elaborazione, eseguita con il modulo Modal Analysis (LMS-Siemens), vengono assemblate tutte le FRF, relative alla struttura indagata, al fine di ottenere la relativa matrice H(ω). Questa rappresenta la risposta del sistema e da questa, con metodi di elaborazione dei segnali, vengono estratti i parametri modali della struttura secondo la teoria dell’analisi modale, in termini di frequenze proprie, smorzamenti e deformate modali. La catena di misura utilizzata dalla Essebi  nelle prove di Impact Testing, è costituita da accelerometri piezoelettrici monoassiali ICP, modello PCB 393A03 (sensibilità 1 V/g; range ±5 g; risoluzione 0,00001 g rms, frequenza minima misurabile pari a 0.2 Hz ± 3 dB);  accelerometri piezoelettrici monoassiali ICP, modello PCB 393B12 (sensibilità 10 V/g; range ±0,5 g; risoluzione 0.000008 g rms, frequenza minima misurabile pari a 0.05 Hz ± 3 dB); martello strumentato, modello 086D20 della PCB, costituito da una massa battente di 1,1 kg sulla quale è installata una cella di carico in grado di fornire l’andamento della misura della forza impressa durante la fase di eccitazione (sensibilità 0,23 mV/N; Range ± 22,24 kN ). La catena di misura è poi completata da un sistema di acquisizione dati ad 8 canali che provvede all’alimentazione ed al condizionamento dei sensori ed alla registrazione dei dati raccolti durante le prove. Gli apparati usati dalla Essebi  per le prove di Impact Testing sono lo Scadas Mobile SCR01 della LMS, dotato di 1 slot con il modulo V8-E ad otto canali per tensioni e segnali ICP. Il sistema V8-E consente campionamenti fino a 204,8 kHz con conversione A/D a 24 bit. Il range dinamico SFR è pari a 150 dB, e il Dewesoft Sirius ACC8: Sistema di acquisizione dati Dewesoft Sirius ACC8 (8 canali simultanei, campionamento 0,2 ÷ 200kHz per canale, con convertitore A/D dual core ciascuno a 24 bit da garantire un elevato range dinamico fino a 160dB filtro hardware passa alto fin da 0.2Hz per sensori IEPE, filtro anti-alaising automatico in funzione della frequenza di campionamento impostata). L’analizzatore di spettro è munito di DSP in grado di consentire elaborazioni (per esempio la FFT o calcolo del valore RMS del segnale in ingresso) in real time, con visualizzazione immediata dei risultati dell’elaborazione del segnale. Tipica applicazione di questa metologia riguarda la valutazione del tensionamento delle "catene" (barre metalliche poste in corrispondenza di archi e che ne impediscono il divaricamento causato dai carichi verticali agenti). La valutazione della risposta dinamica della barra consente di determinarne il tensionamento e quindi di veiìrificarne l'operatività.