진동 시험기(Vibration Tester, Shaker)에서 충격 시험(Shock Test)

진동 시험기 vs 충격 시험기 에서의 충격시험

 

진동 시험기(shaker)는 다양한 모양의 Pulse를 만들 수 있다. 그리고 반복적인 시험이 가능하고 시간, 비용 면에서 효율적이다. 

 

하지만 진동 장비로 충격시험을 진행할 때 고려해야할 점들이 있다. 일반적인 충격 시험기(Shock machine)으로 충격 시험을 하면 충격 시험기의 무게, 브레이크, 가스 피스톤(gas piston), 기계적 장치에 의해 충격 시험후 테이블을 멈추게 할 수 있다. 하지만 진동 시험기는 테이블을 멈추게 할 기계적인 장치들이 없다. 

 

그리고 진동시험기(shaker)가 낼 수 있는 속도(velocity)와 변위(displacement)가 장비에 따라 고정되어 있다. 이러한 제한점을 해결하기 위해 VibrationViewer 와 같은 진동 장비 Controller 에서 "보상(Compensation)" 이라는 방법을 사용한다.

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Compensation Pulse in classical shock test

 

클래식 충격 펄스 시험은 단 방향이다. 진동 시험기에서 충격 펄스 시험의 최종 목표는 충격시험기가 만드는 충격 펄스와 유사하게 만드는 것이다. 진동 시험기에서 충격 시험을 진행하기 위해서는 충격 펄스 전과 후에 가속도(acceleration), 속도(Velocity), 변위(Displacement)를 0으로 맞추어야 한다. 

 

Compensation pulse가 없으면 충격 시험이 끝나고 속도와 변위가 0으로 끝나지 않고 지속되게 된다. 그러면 가속도 시험기에 damage가 쌓이게 된다. 

 

진동시험기를 이용해서 충격 시험을 하게 되면 그장 큰 장점으로 Controller 제어를 통해 Pulse 를 양의 방향 음의 방향으로 마음대로 조정이 가능하다. 그래서 시료의 아래 위 방향을 바꾸면서 시험할 필요가 없는 것이다. 그래서 반복적으로 시험을 진행할 수 있고 휴먼에러를 제거할 수 있게 된다. 

 

그림1

그림1은 진동 시험기에서의 충격 시험 펄스이다. 제일 위에 그림은 가속도 vs 시간 인데 Half sine pulse 를 넣는데 양 옆에 Compensation pulse가 들어가 있다. 충격 시험 전에 들어간 Compenstaion pulse 덕에 충격 펄스 시험 바로 전에 변위와 속도를 최대로 가져갈 수 있다. 그리고 충격 시험 펄스 이후에 Compensation pulse 를 통해 가속도, 속도, 변위를 모두 0으로 맞추어서 진동 시험기가 안정되게 만들었다. 

 

그림2

그림2는 주파수 응답을 ESD (Energy Spectral Density)로 표현 한 것인데 compensation pulse 를 사용한 경우 저주파 에너지가 왜곡될 수 있다.

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Holes in Half Sine 주파수 도메인

 

그림1과 같은 Half Sine 파형을 주파수 도메인으로 옮기면 주파수 영역 전반적으로 일정한 값을 가져가는 것이 아니고 양 끝에 가속도 크기가 줄어 든다. 만일 시편이 줄어든 부분에 공진 영역이 있다면 제대로 된 시험 결과를 얻을 수 없다. 

이를 해결 하기 위해 Pulse의 Duration 조절을 통해 주파수 영역을 변경할 수 있다. 그래서 시편의 공진 영역에 맞춘 충격 시험을 진행하도록 한다. 

 

참조 링크>>

https://vru.vibrationresearch.com/lesson/classical-shock-tests-shakers/