SRS (Shock Response Spectrum) 이란?

SRS (충격 응답 스펙트럼) 이란?

처음에는 지진에 대한 구조물의 응답을 보기위해 고안된 방법이었다. SRS은 환경실험 중 하나로 복합 (Complex) Trasient 충격 실험이다. 엔지니어는 SRS 실험을 이용해서 시편의 순간적인 이벤트에 대한 응답을 확인한다. 

 

SRS은 전통적인 충격실험보다 더 복합적인 충격 펄스를 만들어 준다. 엔지니어는 특정 SRS 응답을 위해 원하는 충격 펄스를 합성하여 만든다. 

 

 

 

SRS (Shock Response Spectrum) 구성 및 분석

 

그림1

그림1의 왼쪽 그림은  SRS 실험을 위한 구성을 보여 준다. 가진기(shaker) 위에 검증하고자 하는 시편을 올려 놓았다. 

시편의 내부는 일련의 Mass-spring-damper 시스템으로 구성되었다고 생각한다. 자연계 물질들의 특성을 분석할 때 해당 구조로 분석한다. 그리고 그림은 z축에 대해서만 실험을 한다고 가정한다. SDOF(Single degree of freedom)에 대한 실험이다. SDOF와 Mass spring damping 시스템에 대한 부연설명은 아래 링크를 참조 하길 바란다. 

scribblinganything.tistory.com/151

 

임팩트 해머와 같이 특정 포인트에 충격을 주는 것이 아닌 시편 전체에 충격을 주는 시험이기 때문에 힘(Force) 센서로 입력값을 측정하기 어렵다. 그래서 헤더나 Slip 테이블 위에 가속도 센서를 붙여 준다. 출력을 확인하기 위해 시편에도 가속도 센서를 붙여 준다. 실제 시험에서는 여러지점에 가속도 센서를 붙이지만 여기서는 하나의 지점에서만 값을 확인하겠다. 

 

입력값에 대한 규정은 시간에 따른 가속도(g)를 얼마로 가하는 지로 정할 수 있다. 아래와 같은 다양한 표준에서 입력 가속도에 대한 정의가 되어 있다. 

 

• IEEE-344: procedure for seismic qualification of electrical equipment in nuclear power plants
• AASME NQA-1: nuclear quality assurance requirements
• Bellcore (Telcordia) GR-63: procedure and test level for seismic qualification of telecommunications equipment. Defines five zones across the USA of varying seismic activity matching Uniform Building Code (UBC). Generally, not used for nuclear power plant equipment.
• QME-100: ASME standard; procedure for seismic qualification of mechanical equipment
• AC-156: requires structures and equipment to maintain integrity despite earthquakes
• ISO 4866.2010: measurement of vibration and evaluation of the effect on structures
• ISO/TS 10811-1:2000: vibration and shock in buildings with sensitive equipment

 

그림1의 오른편 그래프는 입력 가속도센서와 응답 가속도센서에서 나오는 값이다. 응답 가속도센서는 시편 내부에 존재하는 일련의 스프링, 매스, 댐핑 시스템에 의해 공진 주파수를 찾아 준다. 응답 그래프를 통해서 2가지 중요한 포인트를 얻을 수 있다. 

 

1.  공진 주파수 (Resonance Frequency)
2.  Q factor

공진, Q factor에 대한 부연 설명은 옆에 링크를 참조하길 바란다. : scribblinganything.tistory.com/150

 

 

 

SRS (Shock Response Spectrum) vs FFT

 

• 다양한 입력 가속도

SRS와 FFT(Fast Fourier Transfer)의 차이는 푸리에 응답은 변위(Phase) 값과 진폭(Amplitude)을 가져가지만 SRS는 진폭만을 본다. 즉, FRF의 응답에는 하나의 입력만이 있다. SRS은 동일 응답 결과를 가지는 무한개의 입력 형태가 존재한다. 가진기(Shaker) 의 경우 최대 변위(Displacement) 최대 가속도(Acceleration)이 스펙에 정해져 있다. SRS을 이용할 경우 최대치를 넘지 않는 입력 값을 정할 수 있게 되는 것이다. 

 

 

• 주파수 Resolution 에 따른 진폭

예전 포스트에서 FFT의 경우 입력이 주기(Periodic) 함수이냐 랜덤 함수냐에 따라 PSD(Power Spectral Density)를 사용할지 Autopower를 사용할지를 고려한다고 하였다. (해당 포스트 링크 : scribblinganything.tistory.com/154) 

하지만 SRS를 사용할 경우 주파수 응답은 주파수 필터를 통해 값을 가져 오는 방식이라 PSD와 Autopower에 대한 선정에 대한 고민이 필요 없다.