跌落测试传感器捕获关键数据

虚拟仿真和真实世界的跌落测试相互补充。

2014年10月,美国宇航局在弗吉尼亚州兰利市用Sea Knight直升机进行了坠落测试。该机构使用了来自多元化技术系统(DTS)的数据记录器来捕获测试中的关键值。图片由DTS提供。


DTS跌落测试 2014年10月,美国宇航局在弗吉尼亚州兰利市用Sea Knight直升机进行了坠落测试。该机构使用了来自多元化技术系统(DTS)的数据记录器来捕获测试中的关键值。图片由DTS提供。

A2012年2月27日,是墨西哥墨西卡利一个晴朗,温暖的日子—完美的一天,让波音727在沙漠中坠毁。飞机坠毁是故意的。安排该活动花了四年的时间,并被发现频道(Discovery Channel)的“好奇心电视”(Curiosity TV)播放了两小时的特别节目。命运多passengers的乘客是经过碰撞测试的假人,价值超过半百万美元(美国广播公司新闻,《早安美国》,尼尔·卡林斯基,2012年10月)。

去年10月,在NASA的命令下,在弗吉尼亚州兰利市,一架CH-46E海上骑士直升机以30英里/小时的速度从30英尺高处坠入地面。这辆注定要失败的车辆载有13个人体模型,机载40台高清摄像机捕捉了他们的经历,每秒可捕捉500张图像。

这两个测试代表了产品测试的最极端类型。牺牲飞机或直升机的费用只是所涉及费用的一小部分。他们需要花费很多时间和精力来准备,而且出错的机会很小。您可以从事件中捕获所需的关键数据。这给传感器和数据采集系统供应商多元化技术系统(DTS)带来了很多吹牛的权利。 727和Sea Knight上的人体模型与数百个传感器和DTS数据记录仪相连。他们的最后一刻被保存为后代的载荷,应力,加速度和位移值,即使其中一些不能一次承受冲击。

保护数据记录器

大规模破坏性测试,例如墨西卡利(Mexicali)727坠毁和兰利(Langley)的直升机坠落,通常是最终验证,以确定车辆的结构在撞击过程中是否能保持住,以及机上人员是否能够从此类灾难性事件中走出伤口或致命伤。预计会损坏测试车辆,但是在实验后,损坏程度会变得很清楚。

在不确定测试对象的生存能力时,必须确保数据记录仪的生存能力。否则,测试旨在捕获的所有关键数据将丢失在一堆破碎的仪器中。 “在像[直升机坠落]这样的测试中,数据采集系统将大受打击。大多数人将无法幸免。我们的记录仪经过了500 g冲击测试。如果预期的冲击更大,我们可以改进设备以确保它能够生存。” DTS销售和营销总监Hans Hellsund说。

DTS在其设施中使用冲击机和吊塔来测试其自身数据记录系统的生存能力。 Hellsund说:“我们测试我们的产品在出厂前在每个轴上能承受500 g的重量。”一些DTS产品已用于记录导弹的撞击行为。据该公司称,NASA在过去15年中一直使用DTS数据采集系统。

在海骑士直升机坠落测试中,美国宇航局使用DTS的TDAS G5模块,该模块比一副纸牌小。 SLICE NANO版本小到一盒薄荷糖,仅是其他模块的四分之一。 Hellsund说:“我们使用耐用的组件,防震装置来确保物体在撞击过程中不会发出嘎嘎作响,并使用阳极氧化铝作为外壳。”

对于飞机失事或直升飞机坠落,数据采集系统和传感器带来的额外重量不足以发挥作用,但对于涉及较轻产品(如自行车)的其他情况,可能会有所作为。在这样的实验中,传感器设备的紧凑性提供了优势。 Hellsund说:“我们的产品是如此之小,它们不会产生改变实验动力学的质量加载效果。”

焦虑时刻

设置数字碰撞仿真需要精通仿真软件的专家数小时的工作。但是,设置现实世界的碰撞实验还需要做更多的工作。 “在典型的车辆测试中,准备汽车需要一到七天的时间,” DTS营销专家Shelly Horvath说。

Hellsund解释说,在涉及车辆或飞行器的典型实验中,客户使用加速度计,称重传感器,压力传感器和电位计来了解飞行器在下降过程中的行为以及人体模型受到的力。

DTS跌落测试人体模型 在跌落测试中,代表真实乘客的人体模型与DTS数据记录器相连,该记录器可承受500g的冲击。图片由DTS提供。

“这些实验非常昂贵,因此每个人通常都在咬牙切齿,在掉落之前仔细检查和三重检查所有东西,” Hellsund说。由于物理测试的成本高昂,许多制造商现在都尽可能依靠数字仿真。尽管基于软件的模拟可以减少实际测试的数量,但并不能完全消除它们。

跌落测试(以像素为单位)

虽然跌落测试和碰撞测试的变化几乎是无限的,但所涉及的机制和物理原理在各个方面都非常相似。该测试的核心是模拟以特定速度撞击硬质表面的特定质量。这是软件开发人员希望使用模块,插件或独立产品解决的可重复场景之一。

扎实的作品 Simulation Professional是与DassaultSystèmes的SolidWorks 计算机辅助设计程序紧密集成的软件包,其中包括跌落测试仿真功能。 (拥有SolidWorks Simulation常规许可证的人可能需要支付额外的费用才能访问该模块。)“我们将传统上非常复杂的非线性动态问题打包为简单,易于使用的研究类型。设置问题很简单,只需说一下,这是我的几何图形,这是我的地板,这是它们之间的距离,现在让我看看结果,” 扎实的作品 Simulation产品经理Stephen Endersby说。

在消费品行业中,手机是进行虚拟跌落测试的理想选择。容易掉落。它是由精致的电子设备和会破碎的显示器制成。但是,您也可以使用SolidWorks Simulation Professional执行涉及其他产品(例如,笔记本电脑和台式计算机)的跌落测试,Endersby说。他说:“您应该从一个只有几个负载的简单模型开始。” “然后,如果结果看起来正确,您将为其增加更多的复杂性。你不应该一口吃一头大象。”

但是,该功能可能不适用于涉及复杂的几何形状的场景,该复杂的几何形状是由于在加工过程中需要二次啮合而导致的碰撞导致的复杂几何形状变形。如果发生直升飞机坠落甚至塑料瓶被撞的情况,金属扭曲和塑料起皱的行为可能需要进行额外的网格划分才能得出准确的结果。此类模拟可能超出了SolidWorks Simulation的跌落测试研究可管理的范围。 Endersby说:“在这里,您不再需要观察一个简单的下落,而可以看到具有极端变形和高变化率的碰撞。”

Endersby说,跌落测试模拟“非常耗费计算资源”。因此,开发人员将来会考虑支持集群。当前版本的求解器仅在本地计算机上运行。经过编程,可以在网格划分和求解过程中利用多核CPU。尚不支持GPU(图形处理单元)加速。

高性能计算的跌落测试

2014年9月,戴尔,英特尔和仿真软件供应商Altair合作进行了数字仿真手机跌落测试(“ 高性能计算在设计仿真中获得成功”,播客,内部HPC,2014年9月)。该项目使用了16台配备Intel Xeon E5-2600 v2 CPU的Dell PowerEdge 高性能计算刀片服务器,这些服务器运行Altair的HyperWorks RADIOSS软件。联合研究的结果是虚拟跌落测试的基准,标题为

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黄健贤

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