충격응답스펙트럼(SRS) 소개

제조의 연구 개발 단계에서 충격 시험은 일시적인 이벤트 도중 및 이후 시험 제품의 성능을 정의하는 데 도움이 됩니다. 전통적인 충격 시험에서는 시간이 지남에 따라 설정된 가속도를 갖는 규칙적인 충격 펄스를 사용합니다. 그러나 단방향 클래식 펄스는 현실 세계에서 발생하는 많은 일시적인 이벤트를 복제할 수 없습니다.

충격 반응 스펙트럼(SRS)은 복합 충격의 영향을 평가하기 위한 도구입니다. 이는 엔지니어가 충격 발생 시 시험 중인 장치(DUT)의 이론적 반응을 검사할 수 있는 수학적 모델입니다. "복잡한" 사건(예: 고주파수 및 다방향)의 예로는 지진, 로켓 분리, 선상 충격 등이 있습니다.

기존 충격 시험은 공진을 포함하여 DUT 응답을 자극하는 사용자 정의 펄스를 적용합니다. SRS와 같은 고급 방법은 일련의 단일 자유도(SDOF) 시스템의 피크 응답을 계산하여 DUT가 과도 이벤트에 어떻게 응답하는지 평가합니다. SRS는 주파수 범위에 걸쳐 최대 응답을 측정한 것입니다.

SRS 개발

1930년대 엔지니어들은 지진에 대한 건물의 저항력을 확인하는 방법을 조사하고 있었습니다. 그들은 지진 활동에 대한 건물과 교량의 반응을 관찰했지만 장기간의 복잡한 지진 파형의 입력은 고려하지 않았습니다.

박사. Maurice Biot는 1932년 박사 학위 과정에서 SRS를 처음 소개했습니다. 논문.¹ 그는 이를 "주파수 범위를 포괄하는 단일 DOF 발진기 세트의 최대 응답 모션"으로 정의했습니다.²

Biot는 원래 지진에 대한 구조물의 반응을 정량화하기 위해 SRS를 개발했지만 현재는 많은 산업에서 이를 제품 개발 및 시험에 사용하고 있습니다. 건물 건설, 중요 시스템, 원자력, 조명 및 배전에는 지진 시험이 권장되거나 필요합니다. 항공우주 산업에서는 이착륙, 방출 좌석 및 분리 이벤트에 대한 반응을 모델링하기 위해 SRS를 사용합니다. 군사 및 방위 산업체에서는 해군 함상 충격 및 실사격, 아차 사고 발생 시 이 장치를 사용합니다.

시험 사양

내진 시험을 위한 몇 가지 시험 사양은 다음과 같습니다.

• IEEE-344: 원자력 발전소 전기 장비의 내진 인증
• ASME NQA-1: 원자력 품질 보증 요구사항
• Bellcore(Telcordia) GR-63: 통신 장비의 내진 인증; UBC(Uniform Building Code)와 일치하는 다양한 지진 활동이 있는 미국 전역의 5개 구역을 정의합니다(일반적으로 원자력 발전소 장비에는 사용되지 않음).
• QME-100: ASME 표준; 기계 장비의 내진 자격
• ICC-ES AC-156: 지진에도 불구하고 무결성을 유지하려면 구조물과 장비가 필요합니다.
• ISO 4866.2010: 진동 측정 및 구조물에 미치는 영향 평가
• ISO/TS 10811-1:2000: 민감한 장비가 있는 건물의 진동 및 충격

SDOF 시스템

스프링에 연결된 단일 질량은 가장 간단한 진동 시스템을 나타냅니다. 질량은 스프링이 늘어나는 방향으로만 이동할 수 있습니다. 따라서 시스템에는 단일 자유도(SDOF)가 있습니다.

SRS는 시간 기록 기본 입력에 의해 수학적으로 자극되는 이론적 SDOF 질량-댐퍼-스프링 발진기 세트를 사용합니다. 그래프에 계열의 피크 응답을 표시합니다(그림 2). SRS는 DUT의 실제 응답이 아니라 계산된 응답 모델이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

SRS 플롯의 가로 축은 헤르츠(Hz) 단위의 고유 또는 공진 주파수입니다. SDOF 발진기의 공진 주파수는 일반적으로 로그 간격입니다. 수직 축은 펄스에 응답하는 SDOF 발진기의 절대 최대 가속도이며, 이 값은 최대값(Gpk)이라고도 알려져 있습니다.

발진기는 또한 임계 감쇠 계수(ζ) 또는 공진 이득(Q)을 특징으로 합니다. 여기서 Q = 1/2ζ입니다. 모든 발진기에 동일한 값이 적용됩니다(일반적으로 ζ = 5%, Q = 10).

SRS의 유효성

진폭, 주파수 내용 및 지속 시간이 다른 가속 펄스는 동등한 충격 스펙트럼을 생성할 수 있으므로 광범위한 파형 선택 프로세스가 가능합니다. 그럼에도 불구하고 SRS는 복잡한 충격 평가를 위한 표준 도구로 남아 있습니다. SRS 방법은 충격 환경을 간단한 방식으로 특성화하며 엔지니어는 여러 충격 이벤트의 데이터를 사용하여 시험을 정의할 수 있습니다.

엔지니어는 SRS를 사용하여 일시적 이벤트를 일반화하고 이벤트의 손상 가능성을 추정하거나 데이터 분석을 수행합니다. 또한 공진을 식별하고, 시험 사양을 정의하고(특히 지진 시험의 경우) 실패 모드를 재현하는 기능도 합니다.

장비

이 과정은 폐쇄 루프 제어 시스템의 일부로 전기역학(또는 기타) 가진기에서 SRS 시험을 실행하는 데 중점을 둡니다. 엔지니어는 시험 제어 소프트웨어를 사용하여 펄스를 합성하고 가진기에 대한 DUT의 이론적 반응을 모델링합니다. 폐쇄 루프 제어를 통해 엔지니어는 가속도/속도/변위, 델타 속도 및 지속 시간과 같은 시간 파형의 특성을 조작할 수 있습니다.

홉킨슨 바 및 기타 SRS 기계와 같은 장비는 개방 루프 시험을 실행하여 일부 재료에 영향을 미칩니다. 개방 루프 제어는 튜닝 매개변수를 사용하여 길이, 주파수 및 진폭을 조정하지만 충격으로 인해 생성되는 파형의 내용은 제어할 수 없습니다.