この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。国際規格の作成作業は、通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関もこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するすべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
国際規格は、ISO/IEC 指令のPart 2 部で規定されている規則に従って作成されます。
技術委員会の主な任務は、国際規格を準備することです。技術委員会によって採択されたドラフト国際規格は、投票のためにメンバー団体に配布されます。国際規格として発行するには、投票するメンバー団体の少なくとも 75% による承認が必要です。
このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。
ISO 18431-4 は、技術委員会 ISO/TC 108, 機械的振動、衝撃、および状態監視によって作成されました。
ISO 18431 は、次の部分で構成されており、一般的なタイトルは「機械的振動と衝撃 - 信号処理」です。
- Part 1: 一般的な紹介
- Part 2: フーリエ変換解析の時間領域ウィンドウ
- Part 4: 衝撃応答スペクトル分析
次の部分は準備中です。
- Part 3, 結合時間-周波数解析のバイリニア法を扱う
- パート5, タイムスケール分析の方法を扱う
序章
最近では、ほとんどすべてのデータ分析は、デジタル化されたデータに対する数学的操作によって行われてきました。この状況は、デジタル信号取得システムとコンピュータ化されたデータ処理装置の普及によって達成されました。したがって、データの分析は、主にデジタル信号処理タスクです。
振動と衝撃の実験データの解析は、実験計画からデータの評価と理解までのすべてのステップを含む実験力学のプロセスの一部と考える必要があります。
ISO 18431 (すべての部分) は、機器の感度の影響が含まれるようにデータが十分に削減されていることを前提としています。 ISO 18431 (すべての部分) でカバーされているデータは、振動または衝撃を表す加速度の時間サンプルのシーケンスと見なされます。データを取得するための実験的な方法は、ISO 18431 (すべての部分) の範囲外です。
ISO 18431 のこの部分は、衝撃応答スペクトルのデジタル計算方法に関係しています。分析は、ショックとして特徴付けることができる信号に決して限定されません。それどころか、ISO 2041 の定義に従ってショックを分析することは、厳密な意味では意味がありません。ショックは、基本的な関心期間に比べて短い時間で発生する突然のイベントとして定義されます。 .このような衝撃は、問題の周波数範囲に周波数特性がありません。それは、一定の周波数成分に対応する時間積分、インパルスによってのみ特徴付けられます。ただし、「衝撃応答スペクトル」という表記は維持されていますが、より適切な用語は最大応答スペクトルです。
歴史的に、衝撃応答スペクトルは当初、一時的な現象を記述するために使用され、当時は衝撃と呼ばれていました。
一般に、応答解析は、他の周波数解析方法では不十分な場合に、振動または衝撃を特徴付ける方法です。これは、たとえば、さまざまな種類の振動を比較する場合に当てはまります。フーリエ変換に基づくスペクトル分析は、分析された信号が周期的、ランダム、または過渡的などの異なる種類である場合に互換性のないスペクトルを生成します。
衝撃応答スペクトルの典型的な用途は、動的な機械的環境を特徴付けることです。特性化された振動 (または衝撃) は、一般的に加速度としてデジタル形式で記録されます。データは衝撃応答スペクトルに分析されます。このスペクトルは、問題の環境に耐えるために必要な機器のテストを定義するために使用できます。 IEC 60068-2-81 など、特定の衝撃応答スペクトル仕様からテストを設計する方法を説明する国際規格が存在します。 (追加情報については参考文献を参照してください。)
振動および/または衝撃環境を特徴付けるための測定が実行される場合、たとえば測定ポイントでの適切な動的負荷を確認するなど、特定の対策を講じる必要があります。これらの対策は、ISO 18431 のこの部分の範囲を超えています。この分野で役立つ多くの優れたハンドブックと推奨プラクティスがあります[1]、[2] 。
1 スコープ
ISO 18431 のこの部分は、デジタル フィルターを使用して、加速度入力が与えられた場合の衝撃応答スペクトル (SRS) のデジタル計算方法を指定します。さまざまなタイプの衝撃応答スペクトルのフィルタ係数が、適切なサンプリング周波数の推奨事項とともに示されています。
注記ISO 2041 で与えられている衝撃応答スペクトルの定義は、衝撃応答スペクトルが加速度、速度、または変位伝達関数に関して定義できることを意味します。 ISO 18431 のこの部分では、加速度入力のみを扱います。
2 参考文献
本書の適用には、以下の参考文献が不可欠です。日付のある参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- ISO 2041, 振動と衝撃 — 語彙
3 用語と定義
このドキュメントの目的のために、ISO 2041 および以下に記載されている用語と定義が適用されます。
3.1
最大衝撃応答スペクトル
応答の最大絶対値を取る SRS
3.2
負の衝撃応答スペクトル
レスポンスのマイナス方向に最大値を取るSRS
3.3
正の衝撃応答スペクトル
レスポンスの正方向に最大値を取るSRS
3.4
一次衝撃応答スペクトル
入力期間中に最大値を取るSRS
3.5
残留衝撃応答スペクトル
入力の継続時間後に最大値を取る SRS
参考文献
| [1] | Harris, CMおよびPiersol, AG編集者。 Harris' Shock and Vibration Handbook 、第 5 版、第 23 章: 衝撃データ分析の概念。マグロウヒル、2002 |
| [2] | IES-RP-DTE012.1, 動的データ取得および分析ハンドブック、5.5.3 衝撃応答スペクトル。環境科学技術研究所 |
| [3] | IEC 60068-2-27, 環境試験 — Part 2: テスト — テスト Ea およびガイダンス: 衝撃 |
| [4] | IEC 60068-2-81, 環境試験 — Part 2-81: テスト — テスト Ei: 衝撃 — 衝撃応答スペクトル合成 |
| [5] | IEC/TR 60721-4-7, 環境条件の分類 — Part 4-7: IEC 60721-3 の環境条件クラスを IEC 60068 の環境試験に関連付け、変換するためのガイダンス — ポータブルおよび非固定使用 |
| [6] | Ahlin , K.機械システム シミュレーションのためのデジタル フィルターの使用について。第74回衝撃・振動シンポジウム、2003年10月 |
| [7] | Smallwood 、D.衝撃応答スペクトル計算のためのランプ不変フィルタの導出。第76回衝撃・振動シンポジウム、2005年10月 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 18431-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and condition monitoring.
ISO 18431 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration and shock — Signal processing:
- Part 1: General introduction
- Part 2: Time domain windows for Fourier Transform analysis
- Part 4: Shock-response spectrum analysis
The following parts are under preparation:
- a part 3, dealing with bilinear methods for joint time-frequency analysis
- a part 5, dealing with methods for time-scale analysis
Introduction
In the recent past, nearly all data analysis has been accomplished through mathematical operations on digitized data. This state of affairs has been accomplished through the widespread use of digital signal-acquisition systems and computerized data processing equipment. The analysis of data is, therefore, primarily a digital signal-processing task.
The analysis of experimental vibration and shock data should be thought of as a part of the process of experimental mechanics that includes all steps from experimental design through data evaluation and understanding.
ISO 18431 (all parts) assumes that the data have been sufficiently reduced so that the effects of instrument sensitivity have been included. The data covered in ISO 18431 (all parts) are considered to be a sequence of time samples of acceleration describing vibration or shock. Experimental methods for obtaining the data are outside the scope of ISO 18431 (all parts).
This part of ISO 18431 is concerned with methods for the digital calculation of a shock-response spectrum. The analysis is by no means restricted to signals that can be characterized as shocks. On the contrary, it is, in a strict sense, meaningless to analyze a shock according to the definition in ISO 2041, where a shock is defined as a sudden event, taking place in a time that is short compared with the fundamental periods of concern. Such a shock has no frequency characteristics in the frequency range of concern. It is only characterized by its time integral, the impulse, corresponding to constant frequency content. The notation “shock-response spectrum” has been kept, however, although a better term would be maximum-response spectrum.
Historically, the shock-response spectrum was initially used to describe transient phenomena, at the time called shocks.
Response analysis in general is a method to characterize a vibration or shock when other frequency analysis methods are inadequate. This can be the case, for instance, when different kinds of vibration are compared. Spectrum analysis based on the Fourier Transform produces spectra that are incompatible when the signals analyzed are of different kinds, such as periodic, random or transient.
The typical use of a shock-response spectrum is to characterize a dynamic mechanical environment. The vibration (or shock) characterized is recorded in digital form, commonly as acceleration. The data are analyzed into a shock-response spectrum. This spectrum can then be used to define a test for equipment that is required to endure the environment in question. There exist International Standards that describe how to design tests from given shock-response spectrum specifications, for example IEC 60068-2-81. (See the bibliography for additional information.)
When measurements to characterize a vibration and/or shock environment are performed, it is necessary to take certain measures, for instance to ascertain a proper dynamic load in the measurement points. These measures are beyond the scope of this part of ISO 18431. There are many good handbooks and recommended practices that are helpful in this area [1],[2] .
1 Scope
This part of ISO 18431 specifies methods for the digital calculation of a shock-response spectrum (SRS) given an acceleration input, by means of digital filters. The filter coefficients for different types of shock-response spectra are given together with recommendations for adequate sampling frequency.
NOTE The definition of a shock-response spectrum given in ISO 2041, implies that a shock-response spectrum can be defined in terms of an acceleration, velocity or displacement transfer function. This part of ISO 18431 deals only with acceleration input.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 2041, Vibration and shock — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
maximax shock-response spectrum
SRS where the maximum absolute value of the response is taken
3.2
negative shock-response spectrum
SRS where the maximum value is taken in the negative direction of the response
3.3
positive shock-response spectrum
SRS where the maximum value is taken in the positive direction of the response
3.4
primary shock-response spectrum
SRS where the maximum value is taken during the duration of the input
3.5
residual shock-response spectrum
SRS where the maximum value is taken after the duration of the input
Bibliography
| [1] | Harris, C.M. and Piersol, A.G. Editors. Harris’ Shock and Vibration Handbook, 5th ed. Chapter 23: Concepts in shock data analysis. McGraw-Hill, 2002 |
| [2] | IES-RP-DTE012.1, Handbook for Dynamic Data Acquisition and Analysis, 5.5.3 Shock Response Spectra. Institute of Environmental Sciences and Technology |
| [3] | IEC 60068-2-27, Environmental testing — Part 2: Tests — Test Ea and guidance: Shock |
| [4] | IEC 60068-2-81, Environmental testing — Part 2-81: Tests — Test Ei: Shock — Shock response spectrum synthesis |
| [5] | IEC/TR 60721-4-7, Classification of environmental conditions — Part 4-7: Guidance for the correlation and transformation of environmental condition classes of IEC 60721-3 to the environmental tests of IEC 60068 — Portable and non-stationary use |
| [6] | Ahlin, K. On the Use of Digital Filters for Mechanical System Simulation. 74th Shock and Vibration Symposium, October 2003 |
| [7] | Smallwood, D. Derivation of the Ramp Invariant Filter for Shock Response Spectrum Calculations. 76th Shock and Vibration Symposium, October 2005 |