SRTD 예제와 함께 익혀 보기
진동 시험기(가진기, Shaker)는 Controller로 제어를 통해 사인 진동, 랜덤 진동과 같은 진동을 줄 수 있다. 사인 파형을 이용한 진동 시험에 대한 내용은 괄호안에 링크를 참조하길 바란다. (https://scribblinganything.tistory.com/179). 참고로 예제 구현은 VR에서 제공하는 Controller 소프트웨어의 데모 버전을 이용해서 시뮬레이션 하였다. (무료) (https://vibrationresearch.com/products/). 국내 대리점(https://www.famtech.co.kr/main/main.php)
Sine Sweep test
Controller에 사인파형의 주파수를 바꾸면서 공진 주파수를 찾는 과정이다. 공진 주파수를 찾는 과정이므로 여기서는 큰 가속도값을 진동시험기에 넣을 필요는 없다.
그림1은 진동시험기에 넣어줄 가속도 값과 Sweep 할 주파수 영역을 정한다. 여기서 주파수 영역은 시편이 이용될 application의 주파수 범위에 맞춰 적용하면된다.
그림2는 Sweep rate를 정하는 화면이다. 1분에 3octave 주파수가 변하는 속도로 설정을 하였다.
그림3은 parameter를 정하는 과정인데 딱히 수정할 필요는 없다. Sine sweep 에서 Increasing rate와 Decreasing rate 가 중요한데 이 부분은 결과를 보면서 얘기하겠다.
그림4는 결과 화면이다. 제일 아래 그래프는 Transmissibility로 Ch1 (진동시험기)를 기준으로 Ch2(시편)의 가속도 값 비(ratio)를 나타낸 것이다. Ch1(진동 시험기)는 1G를 유지하였고 Ch2는 498.4Hz에서 공진이 발생하였음을 알 수 있다.
위 Sine sweep 의 경우 문제가 발생하지 않았지만 만일 진동 시험기의 slip table이나 진동시험기 자체 공진 주파수가 Sine sweep에 들어가서 문제를 일으킬 수도 있다. 이 경우 Controller는 Closed loop을 통해 Output Drive(Volt) 값을 조절해서 sweep 설정값 (여기서는 1G)을 유지하려고 할 것이다. 하지만 그림4의 제일 위 그래프에 빨간선(abort limit)을 넘어서 진동장비가 멈출 수 있다. 이를 해결할 수 있는 방법은 크게 2가지가 있다.
1. Sweep rate 변경하기
Sweep rate는 일반적으로 시험 스펙에 결정되어 있지만 되어 있지 않다면 느리게 하면 limit으로 멈추는 것을 막을 있다. 이유는 output drive가 공진에 맞추어 변경할 충분한 시간을 주기 때문이다. 단점이라면 sweep하는 동안 시편이 공진 주파수에 머무는 시간이 길어 진다.
2. 그림3의 Increasing rate와 Decreasing rate 변경하기
Increasing rate와 Decreasing rate는 Output drive 의 slew rate이다. dB/sec 가 높을 수록 빠르게 output drive가 반응해서 limit에서 멈추는 것을 막아준다. 단점은 slew rate가 빨라지면 Noise 와 같은 성분에도 빠르게 반응하게 되는 것이다.
이제 그림4와 같이 공진주파수(Resonance frequency)를 찾으면 Sine dwell 시험을 진행하면된다.
Sine dwell test (사인 드웰 시험)
Sine dwell test는 공진 주파수 (resonance frequency) 영역에서 진행하는 시험이다. Sine dwell test는 Controller에서 공진주파수의 사인파형(signle sine tone)을 만들어서 진동 시험기(shaker)에 전달하면 진동 시험기는 해당 사인파의 진동을 만들어 낸다. 그리고 시편은 진동을 받게 된다. 시편은 시편의 공진 주파수(natural frequency)에서 가장 큰 fatigue를 겪게 된다.
Sine dwell 시험은 일반적으로 제품의 설계(design)나 검증(validation) 용도로 시행된다. 그림5은 시편에서 failure가 발생할 경우 공진 주파수가 이동함을 보여주는 예이다.
그림4와 같이 공진점을 찾아내면 VR 소프트웨어에서 그림6과 같이 팝업창이 자동으로 열린다. 공진점이 맞는지를 물어보는 것이다. 맞으면 왼쪽 아래 Run Selected Tone을 클릭하면 Sine dwell 시험을 진행하게 되는 것이다.
여기서 주의 할 점은 그림5에서 보았듯이 공진주파수에서 시편을 지속적으로 진동을 가하게 되면 공진 주파수가 이동하게 되는 것이다. 만일 시험 스펙이 변경되는 공진 주파수를 따라가야 한다면 Phase Tracking을 이용하면 된다. Phase(위상)는 공진 주파수와는 다르게 failure 발생하여도 일정하게 유지된다.
그림5는 Phase Tracking을 클릭하였을 때 자동으로 위상차를 계산해준다. 그리고 시험을 돌리면 원하는 결과를 얻을 수 있다.
그림6은 Phase Tracking을 하였을 때와 아닐때를 비교한 결과인데 결과를 보면 알 수 있듯이 Phase Tracking이 더 가혹하고 failure가 더 빨리 발생함을 알 수 있다.
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