FDS 가속도 파라미터

엔지니어는 FDS(피로 손상 스펙트럼)를 사용하여 기록된 환경과 동일한 손상인 가속 랜덤 PSD 시험 프로필을 생성할 수 있습니다. 이 프로세스에는 m 값, 공명 계수(Q), 목표 수명 및 시험 기간 등 여러 시험 생성/가속 매개변수가 포함됩니다.

재료특성과 S-N 곡선

S-N 곡선은 응력(S) 대 고장 주기 수(N)를 일반적으로 대수 단위로 표시합니다. S-N 곡선은 구성 요소 재료(예: 알루미늄, 플라스틱 등)에 따라 다르며 시험 프로그램은 일반적으로 FDS 상관 시험 생성을 위해 하나의 S-N 곡선을 참조합니다.

m 값(m = -1/b)은 S-N 곡선(b)의 기울기로부터 계산됩니다. FDS 계산은 m 및 Q 값을 적용하여 FDS를 구성하는 피로 손상 값을 계산합니다. 엔지니어는 m과 Q에 일반적인 값을 사용할 수 있지만 더 정확한 값을 결정할 수도 있습니다.

m 값

m 값은 대부분의 경우 S-N 기울기(-1/b)의 음의 역수의 일부 비율입니다. MIL-STD-810H에 따르면 m 값은 일반적으로 "랜덤 파형의 경우 '-1/b'의 80%이고 정현파의 경우 '-1/b'의 60%"입니다[1]. 5~8 사이의 값이 일반적입니다.

보다 구체적인 m 값은 시험 구성 요소에 대한 S-N 곡선 추정치를 생성하여 찾을 수 있습니다. 이를 위해 엔지니어는 다양한 gRMS 수준에서 구성 요소의 고장을 시험하고 고장에 도달하는 데 필요한 시간을 기록해야 합니다. S-N 곡선의 근사치는 로그-로그 그래프에 데이터 포인트를 그린 다음 데이터의 거듭제곱 법칙 모델을 플로팅하여 역계산할 수 있습니다. 거듭제곱 법칙 모델의 기울기는 b와 같습니다. m 값은 기울기의 음의 역수(-1/b)로부터 계산할 수 있습니다.

FDS는 응력-변형 곡선을 사용하여 시험 가속도를 결정합니다. 따라서 m 값의 정확도가 시험 가속도의 정확도를 결정합니다. m의 정확도의 중요성은 시험에 더 많은 가속도가 적용됨에 따라 증가합니다.

진동시험 기술 과정는 gRMS 파형을 파손 지점까지 표시하고, S-N 곡선의 기울기를 결정하고, 입력 데이터를 기반으로 m 값을 계산하는 자유 재료 특성 계산기를 만들었습니다.

첨도에 대한 고려

실제 데이터는 일반적으로 가우스가 아닙니다. 가우스가 아닌 파형의 경우 높은 m 값은 낮은 m 값보다 높은 진폭 이벤트에 더 많은 가중치를 부여합니다. 따라서 높은 첨도 피크가 FDS 계산에 더 많은 영향을 미칩니다. 그 결과 원래 환경보다 더 높은 가속도, 속도 및 변위를 사용한 시험, 즉 보다 보수적인 시험이 이루어졌습니다.

적절한 첨도 수준을 시험에 적용하여 실제 세계와 유사한 최대 가속도를 생성할 수 있습니다. 첨도를 추가해도 시험의 상대적 손상이 증가하지 않습니다. 첨도가 추가되면 상대 손상이 원래 데이터와 동일하게 유지되도록 전체 gRMS가 감소합니다.

공진 품질 계수(Q)

공진 품질 계수(Q)는 진동의 감쇠 값 또는 진동이 감소하는 속도를 결정합니다. Q 값은 0.5를 임계 감쇠비(ζ)로 나눈 값과 같습니다. Q 값이 높을수록 에너지 손실률이 낮아지고 진동 감쇠가 느려집니다. 반대로, Q 값이 낮을수록 에너지 손실률이 높아지고 진동 감쇠가 빨라집니다.

FDS 계산을 위한 Q 값은 시험 주파수 범위 내에서 제품의 가장 날카로운 공진의 Q 값과 동일해야 합니다. 제품의 Q 값을 알 수 없는 경우 값을 10으로 설정합니다. Q 값이 10이면 합리적인 필터링 및 주파수 응답으로 FDS 상관 PSD를 출력할 수 있습니다.

제품에 대한 보다 정확한 Q 값을 계산하려면 시험 대상 장치의 작동 범위에 걸쳐 간단한 사인 스윕을 실행하여 1차 공진을 확인하십시오. 거기에서 공진의 Q 값을 계산할 수 있습니다.

Q 값은 m 값보다 FDS 계산에 미치는 영향이 적습니다. Q 값이 높을수록 더 좁은 필터를 사용하므로 피크가 더 선명해집니다. Q 값이 낮으면 필터가 더 넓어지고 스펙트럼이 부드러워지지만 덜 세밀해집니다.

목표 수명 및 시험 기간

목표 수명은 손상 수명을 나타내기 위해 시간 기록 파일을 실행해야 하는 시간 또는 주기 수를 결정합니다. 값은 제품 보증 기간 또는 가져온 시간 기록 파일에 노출되었을 때 제품이 지속되어야 하는 기간일 수 있습니다.

시간이력 파일이 여러 개인 경우, 개별 시간이력 파일을 시간 또는 주기별로 가중치를 적용하여 제품의 목표 수명을 결정합니다. 이를 달성하기 위해 목표 수명 값이 각 파형에 할당됩니다.

시험 기간을 설정할 때 목표는 가능한 가장 빠른 시간에 시험을 실행하는 것이어서는 안 됩니다. 가속도가 낮을수록 실제 환경을 더 정확하게 반영할 수 있습니다. MIL-STD-810H에서는 다음을 권장합니다.

"피로가 시험 중인 군수품에 대한 중요한 잠재적 실패 기준인 경우, 이 관행[시험 가속화]은 엄격한 제한 내에서 허용됩니다. 특히 시험 진폭은 단순히 짧은 시험 기간을 달성하기 위해 과도하게 과장(또는 가속)되지 않습니다. 이러한 과도한 진폭은 완전히 대표적인 실패로 이어질 수 있으며 공급업체는 사용 중 조건이 아닌 임의의 시험을 견딜 수 있는 자재를 설계하게 됩니다."

또한 제품의 순간 응력 한계를 초과해서는 안됩니다. MIL-STD-810H는 "...서비스 시간 및 원하는 시간의 제약과 일치하는 최소값으로 유지"되어야 하는 "과장 요소"라는 개념을 도입합니다[1].

옥타브 간격

FDS에서 옥타브 간격은 주파수 빈 사이의 간격을 정의합니다. 기본적으로 이 값은 랜덤 PSD에 대해 생성된 중단점 수와 FDS 계산에서 분석된 단일/좁은 주파수 파형의 수를 결정합니다. 예를 들어, 1/3 옥타브는 1/12 옥타브에 비해 중단점이 적고 각 분석 저장소의 콘텐츠 밴드가 더 넓어집니다.

시험 실행

FDS 상관 PSD는 가져온 파일, m 및 Q 값, 목표 수명, 시험 기간 및 첨도를 기준으로 제품의 수명에 해당하는 손상입니다. 결과 PSD는 초기 제품 개발부터 실험실 환경에서 현장 오류 재현에 이르기까지 진동 시험의 여러 단계에서 사용할 수 있습니다.