VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM: 가진

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2022년 1월 19일 수요일

16 FRFFrequency Response Function, 주파수응답함수

FRF(Frequency Response Function, 주파수응답함수)

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세상의 자연규칙 중의 가장 으뜸 하나로 에너지보존법칙이 있다. 또한 작용반작용 법칙도 있다. 임피던스(Impedance)라는 용어의 정의(출력/입력)도 그렇다. 응답(Response)이란? 입력에 대한 반응을 말한다. 결과는 그래프일 수도 있고 수식에 대한 답일 수도 있다. 물리적인 계의 특성을 알아낸다는 것은 바로 입력을 하였을 때 각기 달리 반응하는 규칙을 알아낸다는 것인데 이러한 결과는 시험을 통해서 알 수도 있고 수치해석을 통해서 알 수도 있는데 왠만한 결과는 수학적으로 해석이 가능하다. 동해석 분야에서 가장 많이 사용하는 이러한 반응함수들을 알아본다.

주파수응답함수(FRF)

기계나 구조의 동특성(고유주파수, 고유모드, 감쇠비)을 파악하기위해서 외력(Force)을 가하고 이에 대한 동적인 응답을 구하는 함수인 전달함수(Transfer function)을 사용한다. 이것이 바로 외력(F)에 대한 응답(?)의 비를 나타내는 함수인데 주파수를 반응으로 분석할 경우 특히 주파수응답함수(FRF)라 하여 동특성해석의 기본적이고 가장 많이 사용하는 기본함수가 된다.

센서의 특성상 가속도센서가 가장 많이 사용되는 관계로 힘에 대한 가속도의 주파수반응을 호칭하는 Accelerance가 가장 일반적인 주요 FRF이며 속도와 변위등의 응답은 적분을 통해서도 변환할 수 있다.

2021년 12월 6일 월요일

고유진동주파수를 찾아내는 3가지 방법들

고유주파수는 우리가 보통 생각하는 어떤 구조체(기계, 구조, 시스템)에서 연성(Coupling)에 의해서 무한대의 고유주파수가 재생산되므로 모두를 알아내는 것이 아니라 내가 원하는 주파수대역의 주요 고유주파수를 알아내는 데 그 초점이 있다는 것이 키워드라고 할 수 있다.

2021년 5월 21일 금요일

고유주파수 산출방법 (Natural frequency를 확인하는 방법)

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공진(Resonance)은 고유주파수가 강제주파수(기계회전, 유체발생, 전기발생주파수 등)와 중첩되어 진폭이 상승하는 경우를 의미하므로 고유진동주파수를 미리 알아내는 것이 설계 및 Trouble shooting의 핵심이라고 해도 과언이 아니다. 이것은 안전문제뿐만 아니라 제품의 품질과 기계나 구조의 수명에 모두 해당하는 중요한 설계요소이다.

고유주파수 산출방법(Natural frequency)

먼저 고유주파수를 알아내는 방법으로 정현 주파수(Sine wave)를 sweep 가진에 의한 방법과 충격 주파수를 이용해서 Broadband가진하는 방법이 있다. 현실적으로는 기계의 속도(RPM)를 상승시켜 시간-주파수그래프(Waterfall)를 이용하는 방법과 Impact test에 의한 방법, 그리고 컴퓨터 시뮬레이션(FEM)에 의한 산출방법이 많이 사용되고 있다. 물론, 실험에 의한 해석이 시뮬레이션해석보다 정확하고 우선한다. 실험할 수 없을 경우(물체가 큰 경우)에 시뮬레이션 해석을 주로 사용하고 실험이 전제로 된 설계수정작업에 매우 적절한 방법이다. 고유주파수를 알아내는 응용방법들을 정리하면 다음과 같다.

1. 가진기(shaker)를 이용하여 주파수를 Sweep하는 방법(고가의 설비 및 부대시설 필요)

2. Impact 가진(Force sensor hammer, Bump test, Running negative averaging)

3. Speed변속 가진, 위험속도 분석(Bode, Nyquist, Waterfall, Polar plot)

고유주파수를 측정하는 방법에는 센서 선정부터 미리 준비하고 알고 있어야 할 사전지식이 많이 요구된다. 구조의 대략적인 고유방향성(비틀림포함)파악, 그래프를 읽는 방법, 가진의 실수요소, 가진 Tip의 선택, Averaging횟수, 위상(Phase)의 변화, 기여도 확인(Coherence), Sampling 등이다. 고유주파수는 우리가 보통 생각하는 어떤 구조체(기계, 구조, 시스템)에서 연성(Coupling)에 의해서 무한대의 고유주파수가 재생산되므로 모두를 알아내는 것이 아니라 내가 원하는 주파수대역의 주요 고유주파수를 알아내는 데 그 초점이 있다는 것이 키워드라고 할 수 있다.

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2020년 1월 3일 금요일

FRF(Frequency Response Function, 주파수응답함수)

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주파수응답함수(FRF)

2019년 1월 19일 토요일

Impact test(가진방법)

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강하게 저음을 발생시켜서 방사시킬 때 비교적 두껍지 않은 벽은 흔들릴 수 있다. 이를 음향가진이라고 하는데 고유주파수를 확인하거나 절대크기가 필요 없는 모드(Mode)만을 확인할 수는 있다. 또 다른 가진방법으로 전자기, 유체, 공기, 자유낙하, 총, 그리고 Hammer(force sensor)에 의한 ‘Impact test’가 있다.

충격가진방법(Impact test)

모달테스트, 계의 동특성(고유주파수, 고유모드, 감쇠비)을 알아내기 위해서 수행하는 시험 중에 ‘정현파’ 가진과 더불어 가장 많이 사용하는 방법으로 ‘임펄스’가진이라고도 하는 충격가진이 있다. 짧은 충격을 계에 가하면 계에 잠재해 있는 성질을 건드리게 되는데 이때 힘을 받아서 움직이는 비로소 본색을 나타내는 고유주파수와 그에 따른 고유모드 그리고 감쇠의 정도(성질)을 알아낼 수 있다.

충격신호는 시간으로는 짧은 임펄스로, 스펙트럼으로는 광대역의 신호로 표현되는데 가진(Excitation)되었을 경우, 해당 주파수 내에 있는 성질이 튀어나오게 되는 원리이다. 이때 유용한 주파수 범위는 스펙트럼의 크기가 약 10~20dB낮아져서 걸쳐지는 범위가 좋고 대상물의 시험상 제한(표면이 무르거나 충격으로 인해 파손, 너무 큰 해머 또는 너무 작은 해머)이 없다면 이 주파수 범위의 조정을 위해 끝부분에 Tip을 교체하여 사용한다. 즉, 해머는 주파수 응답함수를 구하기 위해 사용하는 입력신호로서 force센서이며 tip은 강성을 조절하도록 하며 낮은(~500Hz, ~700N) 주파수 가진은 고무를 사용하고 높은 주파수가진(~7000Hz, ~5000N)은 steel tip을 사용한다. 높은 가진의 경우 사용하는 steel tip은 가진이 되는 대상표면에 흠집이 남을 수 있고 가진력이 낮으므로 주의하고 가진모드를 얻으려면 대상물의 예상고유진동수를 이미 이해한 후, 충격방향과 해머에 가해지는 힘과 해머의 크기를 선정하는(더블 tipping하면 안되거나, 적절한 Averaging선택, Trigger를 선택하는 것 등) 이러한 일련의 모달테스트를 위한 사전수행절차는 이론과 경험적지식이 필요하다.

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