Shock Response Spectra (SRS)
Shock에 대해 SDOF(Single Degree of Freedom)이 반응하는 것을 그래픽으로 표현한 것이다. (가속도 변화)
충격 응답은 시간 도메인보다 주파수에서의 분석을 주요하게 다룬다. 주파수 변환 방법에는 2가지가 있다. SRS은 아래 2가지 방법중 2번째 방법을 사용한다.
- FFT (Fast Fourier Transformer) : Magnitude(크기)와 Phase(위상) 정보를 줌 - 다시 원 충격 pulse 재현 가능
- 일련(an array of)의 SDOF 응답(Peak hold 값) : Magnitude정보만 존재 Phase 정보는 없음 - 원 충격 pulse 재현 불가능
1933년 Dr.Maurice Bigot가 지진에 대한 빌딩의 응답을 측정하는 과정에서 처음으로 SRS가 시도 되었다. 주요 사용은 아래와 같다.
- Seismic Industry (지진 분석)
- Military/Defense, Aerospace (국방, 우주항공)
그림1은 로켓이 분리되는 과정에서 충격이 발생한다. 그러므로 로켓에 대한 SRS 분석이 필요하다.
SRS 주파수 변환 방법
그림2의 아래 부분과 같이 측정 장치에 여러개의 SDOF (mass damper spring oscillator,오실레이터)가 있다. 그리고 각 각은 고유의 공진주파수(Natural resonant frequency)를(각각의 Damping, Q factor) 가지고 있다. 주파수는 Octave 로 증가하게 되어있다. Octave에 대한 설명은 괄호 링크를 참조하길 바란다. (https://scribblinganything.tistory.com/201)
그림2의 측정기로 충격이 들어오면 SDOF의 각 주파수에서의 Peak hold magnitude를 구하여 분석하게 해준다.
SRS 사용 용어(Terms)
1. Pseudo Velocity
: Natural frequency x Relative displacement - > Relationship to damage
2. Required Response Spectrum (RRS)
: 요청 응답 값, 최소 스펙
3. Test Response Spectrum (TRS)
: 실제 측정 응답 값
4. Zero Period Acceleration
: 고주파에서 None 응답 가속도
5. Primary SRS, Residual SRS, Maximax SRS
: Primary SRS은 충격 발생시 SRS, Residual은 발생 후 SRS, Maximax는 두개를 합친 것임
SRS 단점
- 다양한 waveform에서 유사하거나 동일한 SRS를 만든다
- 시간, 위상 정보가 없다. (충격 복원 불가능)
- 오실레이터로 측정값임, Real world 측정치가 아님(모든 주파수 포함)
SRS 시뮬레이션 실습
진동 시험기 제어 장치 소프트웨어를 시뮬레이션 모드로 동작시켜서 진행함. 소프트웨어는 VR(Vibration Research) 제품을 사용하였다. (https://vibrationresearch.com/)
SRS 시험 스펙
그림3,4 와 같이 MIL-STD-810G, 516.6 시험을 진행한다. Test Category는 "Functional Test for Ground Equipment"로 한다.
소프트웨어 설정
VR 소프트웨어에서 MIL-STD-810G에 맞는 테스트 스펙들이 이미 저장되어있어 그냥 불러와도 되지만 우선 직접 설정하겠다.
그림4와 같이 Breakpoints 들을 입력 해준다.
SRS 오실레이터의 Damping 과 Q 값을 정해야 한다. Damping 과 Q은 50/Damping Factor(%)의 관계를 가지고 있다. SRS Analysis Frequency는 앞서 오실레이터의 SDOF 주파수 간격이 일반적으로 Octave를 따른다고 하였다. 이를 구현 한것이고 이외에도 여러가지 주파수 분해 단위가 있다.
SRS Synthesis에서는 위 SRS Acceleration 그래프를 시간 도메인으로 변형해주는 데 파형의 형태를 Systhesis Type에서 결정한다 그리고 Systhesize를 클릭하면 시간 도메인 파형이 만들어 진다.
Synthesis를 완료하고 Iterate more를 통해서 Demand에 가깝게 신호를 조절 할 수 있다.
Wavelet에서는 만들어진 파형에서 공진 부분을 없애거나 가혹게 만들때 수동으로 변경할 수 있게 해준다.
Control 센서에서 Hydraulic 진동기 같은 경우 고주파에서 Noise가 많이 발생하는데 위 필터들을 통해 제거 할 수 있다. 주의할 점은 Antialias와 FIR 필터는 측정 완료 후 적용되는 필터 이므로 SRS 시험에서는 Butterworth 나 Chebyshev, Elliptical 과 같은 필터를 추천한다.
SRS 테스트 결과는 그림8과 같다.
SRS 시험 시 VibrationView 소프트웨어의 장점
- Adaptive SRS Control - wavelet table을 사용하여 공진 부분을 수정할 수 있다.
- Interate 기능을 사용하여 SRS Demand에 자동으로 맞춰준다.
SRS Requirements
SRS을 Synthesize 과정에서 한개의 결과가 나오는 것이 아니다. 이때 Requirement를 맞추지 못할 경우 아래와 같이 작업하자
- system limit 변경 (shock or displacement)
- Pulse duration을 Te의 20% 이상으로 증가
- DUT가 저주파 공진이 적으면 SRS 저주파 부분을 tolerance를 벗어나게 하고 고주파 tolerance 를 좁힌다.
- DUT가 저주파 공진이 있다면 Te + 1/(2fmin) 을 넘지 않게 하자
참고링크>>
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