충격 테스트 이해
충격 테스트 - 임펄스 테스트 또는 충격 모달 분석이라고도 합니다. 모달 테스트 계측형 임팩트 해머를 사용하여 구조물에 광대역 힘 충격을 가하고 그 결과를 측정하는 기술입니다. 진동 응답 가속도계. 힘과 응답 신호에서 다음을 계산합니다. 주파수 응답 함수 (FRF)를 통해 각 주파수에서 구조가 어떻게 반응하는지를 보여줌으로써 고유 진동수, 모드 형상, 그리고 감쇠 비율 - 동적 행동을 이해하고 진단하는 데 필요한 정보 공명 문제.
충격 테스트는 셰이커 모달 테스트의 실질적인 현장 대안으로, 셰이커 테스트에 필요한 무겁고 값비싼 전자기 셰이커와 복잡한 설치 장치 없이도 유사한 정보를 제공합니다. 공진 문제 해결, 구조적 수정 검증, 기계 및 구조 역학 작업에서 유한 요소 모델의 상관 관계에 널리 사용됩니다. 이는 보다 간단한 범프 테스트, 와 동일한 임펄스 원리를 사용하여 단일 고유 진동수를 찾습니다.
1. 기본 원칙
이 방법은 짧고 날카로운 충격이 넓은 주파수 대역을 한꺼번에 자극한다는 간단한 사실에 기반을 두고 있습니다. 1~2밀리초만 지속되는 망치 타격은 넓은 주파수 범위에 걸쳐 상당히 고르게 분산된 에너지를 포함하므로 해당 범위 내의 모든 모드를 동시에 울립니다. 이 테스트는 입력 힘과 출력 응답을 모두 측정하고 주파수 영역에서 하나를 다른 하나로 나눔으로써 구조물 자체의 동작을 타격된 특정 타격으로부터 분리하며, 그 결과인 FRF는 구조물 자체의 특성이며 타격의 강도와는 무관합니다.
2. 장비
계측 충격 망치
- 힘 변환기: 해머 헤드의 압전 센서가 충격력을 측정합니다.
- 해머 질량: 구조물 크기와 관심 주파수 범위에 따라 0.1-5kg을 선택합니다.
- 교체 가능한 팁: 하드(강철), 중간(플라스틱), 소프트(고무)로 나뉩니다.
- 출력: 응답 측정과 동기화된 힘 신호입니다.
- 일반적인 비용입니다: 대략 $500-3000.
응답 센서
- 관심 지점에 가속도계를 배치합니다.
- 단일 로빙 가속도계 또는 여러 개의 고정 센서를 사용할 수 있습니다.
- 테스트 요구 사항과 편안하게 일치하는 주파수 범위.
데이터 수집
3. 테스트 절차
단일 지점 FRF
- 가속도계 장착 응답 위치에.
- 해머 팁 선택 를 사용하여 구조와 목표 주파수 범위에 맞게 조정합니다.
- 구조 타격 가진점에서 단단하고 빠른 임팩트를 가합니다.
- 데이터 기록 - 힘과 응답 신호를 함께 사용합니다.
- FRF를 계산합니다: H(f) = 응답(f) / 힘(f).
- 평균 를 3~10회 반복하고 FRF를 평균하여 계산합니다.
- 일관성 확인 를 사용하여 데이터 품질을 확인합니다(일관성 > 0.9).
다중 지점 테스트
- 로빙 해머: 가속도계를 고정된 상태로 유지하면서 여러 지점에 충격을 가합니다.
- 로빙 가속도계: 가속도계를 움직이면서 고정된 한 지점에 충격을 가합니다.
- 결과: 여러 위치의 FRF를 통해 모드 형상.
- 그리드 테스트: 체계적인 포인트 그리드를 통해 완벽한 구조 조사를 제공합니다.
4. 해머 팁 선택
주파수 콘텐츠에 대한 영향
- 하드 팁(강철): 충격 지속 시간이 짧고 고주파 함량이 높아 견고한 구조와 고주파(10kHz 이상)에 적합합니다.
- 중간 팁(나일론/델린): 중간 지속 시간, 균형 스펙트럼, 일반 용도(2-5kHz까지)
- 소프트 팁(고무): 긴 지속 시간, 저주파 강조; 크고 유연한 구조(최대 500-1000Hz)에 적합합니다.
짧고 단단한 접촉은 에너지를 더 넓고 높은 대역에 집약하고, 부드럽고 긴 접촉은 낮은 주파수에 집중시키는 기본 원리와 동일한 논리를 적용합니다. 따라서 팁은 관심 있는 모드가 있는 곳에 에너지를 배치하도록 선택됩니다.
구조 맞추기
- 가벼운 구조: 손상과 울림을 방지하기 위해 끝이 부드러운 작은 망치를 사용하세요.
- 무거운 구조물: 적절한 여기를 위해 끝이 더 단단한 큰 망치를 사용하세요.
- 일반적인 규칙: 구조가 명확하게 반응하되 과도하게 반응하지 않아야 하며, 약 1-10g의 최대 가속도가 일반적입니다.
5. 데이터 품질
좋은 임팩트 기술
- 더블 히트 없이 빠르고 깔끔하게 임팩트합니다.
- 해머가 즉시 당겨져 접촉이 유지되지 않습니다.
- 표면에 수직으로 치는 타격입니다.
- 일관된 타격 위치.
- 적절한 힘 수준.
코히어런스 검증
- 그 코히어런스 기능은 측정 품질을 나타냅니다.
- 일관성이 1.0(> 0.9)에 가까울수록 좋은 데이터를 의미합니다.
- 일관성이 낮다는 것은 충격, 노이즈 또는 비선형성이 좋지 않다는 것을 의미합니다.
- 불량한 충격은 거부하고 테스트를 반복합니다.
더블 히트는 가장 일반적인 문제로, 구조에 두 번의 충격을 가하고 입력 스펙트럼을 손상시키는데, 이는 바로 일관성(코히런스)이 잘 드러내는 오류의 종류입니다. 관심 있는 주파수에서 일관성이 떨어지면 해당 평균을 버리고 다시 타격하라는 신호입니다.
6. 결과 및 해석
주파수 응답 함수
- 크기 플롯은 증폭 대 주파수를 보여줍니다.
- 피크는 고유 진동수와 공명을 표시합니다.
- 피크 높이는 댐핑과 반비례하는 증폭 계수를 반영합니다.
- 그 단계 플롯은 각 공명을 통한 180° 이동을 보여줍니다.
고유 주파수 식별
- FRF의 모든 피크를 나열합니다.
- 첫 번째 모드는 일반적으로 가장 낮은 주파수 피크입니다.
- 더 높은 모드는 더 높은 주파수에 있습니다.
- 이를 작동 주파수와 비교하여 간섭이 있는지 확인하세요.
모드 형상 결정
- 다점 테스트에서 도출된 결과입니다.
- 공진 시 상대적인 응답 진폭이 변형 형상(모드 형상)을 정의합니다.
- 소프트웨어로 모양에 애니메이션을 적용할 수 있습니다.
- 이것은 노드 및 각 모드의 안티노드.
7. 기계 문제 해결에 적용
프레임 공명 조사
- 모터 또는 팬 프레임에 충격을 가합니다.
- 식별 프레임 고유 주파수.
- 다음 항목과 비교 블레이드 통과 및 모터 전자기 주파수.
- 일치하는 항목이 발견되면 공명이 문제입니다.
기초 테스트
- 베이스 플레이트 또는 파운데이션에 충격을 가합니다.
- 고유 주파수를 결정합니다.
- 적절한지 확인 강성 및 주파수 분리.
전후 비교
- 구조 수정 전에 테스트하세요.
- 이후 강성 강화, 댐핑 추가 또는 질량 변경 후 다시 테스트합니다.
- 수정한 내용이 원하는 효과를 얻었는지 확인합니다.
- 개선 사항을 정량화하세요.
8. 현장에서의 충격 테스트
계측 해머와 2채널 분석기만 있으면 되기 때문에 충격 테스트는 일상적인 진동 작업과 함께 현장 엔지니어의 툴킷에 자연스럽게 포함될 수 있습니다. 기계의 진동이 높은 경우 운전 속도 진동이 발생하면 첫 번째 질문은 종종 원인이 다음과 같은 힘인지 여부입니다. 불균형 또는 일반적인 힘을 증폭시키는 구조적 공명. 다음과 같은 휴대용 분석기는 발란셋-1A 를 사용하여 측정하고, 원인이 불균형인 경우 다음과 같이 수정합니다. 필드 밸런싱; 프레임 또는 기초에 대한 충격 테스트를 통해 완고한 잔류 진동이 인근 고유 진동수에 의해 증폭되는지 여부를 확인하여 로터의 균형을 맞추는 것과 구조물을 강화하는 것 중 어느 쪽을 선택할지 안내합니다.
충격 테스트는 현장 진동 전문가가 쉽게 사용할 수 있는 실용적이고 비용 효율적인 모달 분석 기법입니다. 계측 해머와 진동 분석기만 있으면 구조적 공진을 식별하고, 수정 사항을 검증하며, 기계 및 구조 응용 분야에서 공진 문제를 해결하고 구조 설계를 최적화하는 데 필요한 동적 특성화를 제공할 수 있습니다.
