衝撃試験の理解
衝撃試験 - インパルス試験や衝撃モード解析とも呼ばれる。 モーダルテスト 計装化されたインパクト・ハンマーを使用して構造物に広帯域の力インパルスを加え、その結果を測定する技術。 振動 応答 加速度センサー力信号と応答信号から次を計算する。 周波数応答関数 (FRF)は、各周波数で構造がどのように応答するかを示し、その構造を明らかにする。 固有振動数, モード形状、 そして 減衰 比率 - 動的挙動を理解し、診断するために必要な情報 共振 問題。
衝撃試験は、加振モーダル試験に代わる実用的なフィールド試験であり、加振試験で必要とされる重くて高価な電磁加振器や複雑な取付け具を使用することなく、同様の情報を得ることができます。この試験は、共振のトラブルシューティング、構造変更の検証、機械や構造力学の研究における有限要素モデルの相関などに広く利用されています。よりシンプルな バンプテスト、これは、同じインパルスの原理を使って、単一の固有振動数を求めるものである。
1.基本原則
この方法は単純な事実に基づいている。短く鋭い衝撃は、広い周波数帯域を一度に励起する。わずか1～2ミリ秒のハンマーの打撃は、広い周波数範囲にかなり均等に広がるエネルギーを含んでいるため、その範囲内のすべてのモードを同時に鳴らす。入力された力と出力された応答の両方を測定し、周波数領域で一方を他方で割ることによって、この試験は、打撃された特定の打撃から構造物自身の挙動を分離する。その結果得られるFRFは構造物のみが持つ特性であり、打撃の強さには左右されない。
2.設備
計装インパクトハンマー
- 力変換器： ハンマーヘッドの圧電センサーが衝撃力を測定する。
- ハンマーの質量： 0.1～5kgで、構造物の大きさと関心のある周波数範囲に応じて選択する。
- 交換可能なチップ： ハード（スチール）、ミディアム（プラスチック）、ソフト（ゴム）。
- 出力： 応答測定に同期した力信号。
- 一般的なコスト： およそ$500～3000。
応答センサー
- 注目ポイントに設置された加速度センサー。
- 単一のロービング加速度センサーまたは複数の固定センサー。
- テスト要件に十分適合する周波数範囲。
データ収集
3.試験手順
シングルポイントFRF
- 加速度センサーを取り付ける 応答場所で。
- ハンマーの先端を選択 構造とターゲット周波数帯域にマッチするように。
- 構造を叩く 励振点をしっかりと、素早くインパクトする。
- データを記録する — 力信号と応答信号を一緒に記録する。
- FRFを計算する： H(f) = 応答(f) / 力(f)。
- 平均 を3～10回繰り返し、FRFを平均化する。.
- コヒーレンスのチェック コヒーレンスを確認してデータの質を検証する（コヒーレンス＞0.9）。
複数ポイントテスト
- ロービングハンマー： 加速度センサーを固定したまま、多くのポイントに衝撃を与える。
- ロービング加速度センサー： 加速度センサーを動かしながら、ある定点に衝撃を与える。
- 結果： 複数地点のFRFから判明したこと モード形状.
- グリッドテスト： 体系的な格子状のポイントによって、完全な構造調査が可能になる。.
4.ハンマーチップの選択
周波数コンテンツへの影響
- ハードチップ（スチール）： 衝撃持続時間が短く、高周波コンテンツのため、剛性構造や高周波（10 kHz 以上）に適しています。
- ミディアム・チップ（ナイロン／デルリン）： 中程度の持続時間、バランスのとれたスペクトル、汎用（2～5 kHzまで）
- ソフトチップ（ラバー）： 長時間、低周波を強調する。大型で柔軟な構造物に適している（500～1000Hz）。
根底にある原理と同じロジックである。短くて硬いコンタクトはエネルギーをより広い、より高い帯域に集中させ、柔らかくて長いコンタクトは低周波に集中させる。したがって、先端は、関心のあるモードが存在する場所にエネルギーを置くように選択される。
構造に合わせる
- 軽い構造： 損傷やリンギングを避けるため、先端が柔らかい小型のハンマーを使用する。
- 重い構造物： 十分な加振のため、先端の硬い大型ハンマーを使用する。
- 経験則: 構造物は明確に、しかし過度にならない程度に応答すべきであり、ピーク加速度は1～10g程度が一般的である。
5.データの品質
優れたインパクトテクニック
- ダブルヒットのない素早くクリーンなインパクト。
- ハンマーが接触したままにならないよう、すぐに引き離す。
- 表面に垂直な打撃。
- 安定した打撃位置。
- 適切な力のレベル。
一貫性検証
- について 一貫性 コヒーレンス関数は測定の質を示す。
- コヒーレンスが1.0に近い（>0.9）ことは、良いデータであることを意味する。
- コヒーレンスが低いということは、インパクトが弱いか、ノイズが多いか、非線形性があることを示している。
- 悪いインパクトは排除し、テストを繰り返す。
ダブルヒットは、最も一般的な妨害要因である。2つのインパルスを構造物に加え、入力スペクトルを損なう。これはまさにコヒーレンスが得意とするエラーの検出であり、関心のある周波数でコヒーレンスが低下した場合は、その平均値を破棄して再度打撃すべきという合図である。
6.結果と解釈
周波数応答関数
- マグニチュード・プロットは、周波数に対する増幅率を示している。
- ピークは固有振動数と共振を示す。
- ピークの高さは増幅率を反映しており、これは減衰に反比例する。
- について 位相 プロットは、各共振を通る180°のシフトを示している。.
自然周波数の識別
- FRFのすべてのピークをリストアップする。
- 最初のモードは通常、最低周波数のピークである。
- より高いモードはより高い周波数にある。
- 動作周波数と照らし合わせ、干渉の有無を確認する。
モード形状の決定
- マルチポイントテストによる。
- 共振時の相対的な応答振幅が、たわみパターンを定義する。
- ソフトウェアは形状をアニメーション化することができる。
- を特定する。 ノード と各モードの節と腹。
7.機械トラブルシューティングへの応用
フレーム・レゾナンス調査
基礎試験
- ベースプレートや基礎に衝撃を与える。
- 固有振動数を決定する。
- 適切であることを確認する 剛性 と周波数分離。
前後の比較
- 構造変更前のテスト。
- 剛性アップ、ダンピングの追加、マスの変更などを行った後に、再度テストを行う。
- 修正が望ましい効果を達成したことを確認する。.
- 改善を定量化する。.
8.現場での衝撃試験
衝撃試験は、計装化されたハンマーと2チャンネルの分析器を必要とするだけなので、日常的な振動作業と並んでフィールドエンジニアのツールキットの中に自然に収まります。機械が高い 運転速度 機械の振動が大きい場合、まず問われるのは、その原因がアンバランスのような力によるものかどうかということが多い。 アンバランス あるいは、通常の力を増幅する構造共振が原因なのかを見極める必要がある。Balanset-1Aのようなポータブルアナライザーが バランセット-1A 測定するために使用され、原因がアンバランスである場合は、次の方法で修正します。 フィールドバランシング; フレームや基礎への衝撃テストによって、頑固な残留振動が近くの固有振動数によって拡大されているかどうかが決まります。
衝撃試験は、現場の振動スペシャリストにとって実用的で費用対効果の高いモード解析技術です。ハンマーと振動アナライザだけで、構造物の共振を特定し、改良を検証し、共振の問題を解決し、機械や構造物アプリケーションの構造設計を最適化するために必要な動的特性を提供します。
