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。
序章
0.1 モビリティ測定に関する ISO 7626 シリーズの概要
線形に動作すると想定される構造の動的特性は、モビリティ測定または関連する周波数応答関数 (FRF) の測定値 (加速度および動的コンプライアンスとして知られる) から周波数の関数として決定できます。これらの周波数応答関数のそれぞれは、同じ点または他の点での単位力 (またはモーメント) 励起による、構造上の点での運動応答のフェーザーです。これらの関数の大きさと位相は周波数に依存します。
加速度と動的コンプライアンスは、モーション応答が速度ではなく、それぞれ加速度または変位で表されるという点でのみ、モビリティと異なります。 ISO 7626 シリーズのさまざまな部分を簡略化するために、「モビリティ」という用語のみを使用します。記載されているすべてのテスト手順と要件は、加速度と動的コンプライアンスの決定にも適用できることを理解してください。
モビリティ測定の典型的な用途は次のとおりです。
- a)既知または想定される入力励振に対する構造の動的応答を予測する。
- b)構造のモード特性 (固有振動数、減衰比、モード形状) を決定する。
- c)相互接続された構造の動的相互作用を予測する。
- d)構造の数学的モデルの妥当性をチェックし、精度を向上させる。
- e)材料の周波数依存の動的特性 (つまり、複素弾性係数) を決定する。
一部のアプリケーションでは、相互に垂直な 3 つの軸に沿った力と直線速度の測定、およびこれら 3 つの軸の周りのモーメントと回転速度の測定を使用して、動的特性の完全な記述が必要になる場合があります。この一連の測定結果は、関心のある各場所の 6 × 6 モビリティ マトリックスになります。したがって、構造上のNの位置の場合、システムの全体的なモビリティ マトリックスは 6 N × 6 Nになります。
注記 1一般に、測定方向は互いに垂直である必要はなく、線形の独立性のみが必要です。
ほとんどの実用的なアプリケーションでは、 N × N行列全体を知る必要はありません。多くの場合、駆動点の移動度といくつかの伝達移動度を測定するには、1 点で 1 方向の力を加振し、構造上の重要な点で線形応答運動を測定するだけで十分です。他のアプリケーションでは、回転移動度のみが重要になります。
実際に遭遇するさまざまなモビリティ測定タスクでの使用を簡素化するために、ISO 7626 は次のシリーズとして公開されています。
- ISO 7626-基本的な定義と変換器をカバーしています。 ISO 7626-1 の情報は、ほとんどのモビリティ測定タスクに共通です。
- ISO 7626-2 は、励起子を取り付けた一点線形励起を使用したモビリティ測定をカバーしています。
- ISO 7626-5 (このドキュメント) では、構造物に取り付けられていない加振機を使用した衝撃加振を使用したモビリティ測定について説明しています。
機械的可動性は、加えられた力またはモーメント励起のフェーザーに対する線形または回転速度応答のフェーザーの比によって形成される周波数応答関数として定義されます。応答が加速度計で測定される場合、移動度を取得するために速度への変換が使用されます。あるいは、加速度として知られる力に対する加速度の比率を使用して、構造を特徴付けることができます。他の場合では、力に対する変位の比率である動的コンプライアンスを使用できます。
注記 2歴史的に、構造の周波数応答関数は、多くの場合、上記の動的特性の 1 つの逆数で表現されてきました。機械的移動度の算術逆数は、しばしば機械的インピーダンスと呼ばれてきました。ただし、これは誤解を招く可能性があります。移動度の算術逆数は、一般に、構造のインピーダンス マトリックスの要素を表さないからです。可動性試験データは、構造物の解析インピーダンス モデルの一部として直接使用することはできません。データとモデルの互換性を実現するには、モデルのインピーダンス マトリックスをモビリティ マトリックスに反転するか、その逆にする必要があります。この点については、ISO 7626-1:2011, 付属書 A で詳述されています。
0.2 このドキュメントの紹介
衝撃加振は、固有の速度と実装コストが比較的低いため、構造物の周波数応答を測定するための一般的な方法になりました。ただし、衝撃加振を使用して行われたモビリティ測定の精度は、テスト構造の特性と使用される実験技術の両方に大きく依存します。衝撃加振では、場合によっては、加振器を取り付けた定常状態または静止加振を使用して達成可能な精度を得ることが困難または不可能になる可能性があり、衝撃法では総測定誤差の危険性が高くなります[6] 。これらの制限にもかかわらず、衝撃試験は、適切に適用された場合、非常に有用な加振技術になる可能性があります。
このドキュメントは、モビリティ測定に衝撃加振を使用するためのガイドを提供します。正確なモビリティ測定には、機器の選択と使用する測定技術に常に注意を払う必要があります。これらの要因は、衝撃加振を使用する場合に特に重要です。さらに、テスト構造の特性、特にその非線形性の程度によって、達成できる精度が制限されます。セクション 4.2 では、衝撃加振の使用に関するこれらの制限について説明しています。
励振器が構造物に取り付けられていないため、この方法では、応答運動トランスデューサが単一の固定位置に留まり、構造物の各所望の点に励振器を連続的に移動させることにより、構造物の一連の伝達移動度を測定することが実用的になります。方向。動的相反性の原理により、線形性を仮定すると、このような測定値は、同じ固定位置と方向に取り付けられた励振器を使用して得られた結果と等しくなるはずであり、応答トランスデューサは構造上の各所望の点に再配置されます。ただし、特定の場所ですべての望ましい方向に構造体に衝撃を与えることは困難な場合があり、そのような場合は、固定された場所と方向で衝撃加振を使用し、多軸応答トランスデューサを望ましい応答に再配置する方が実用的です。場所。
注記 1多軸トランスデューサがモーダル試験のために固定位置で使用され、衝撃が各ポイントでトランスデューサの一方向に加えられる場合、その方向のモード形状成分のみが得られます。
注記 2多軸トランスデューサの質量によって、構造の質量特性が変化し、測定された伝達関数のセットに一貫性がなくなる可能性があります。これは、実験的なモーダル解析に FRF を使用する際に深刻な問題を引き起こす可能性があります。
Introduction
0.1 General introduction to the ISO 7626 series on mobility measurement
Dynamic characteristics of structures assumed to behave linearly can be determined as a function of frequency from mobility measurements or measurements of the related frequency-response functions (FRF), known as accelerance and dynamic compliance. Each of these frequency-response functions is the phasor of the motion response at a point on a structure due to a unit force (or moment) excitation at the same or any other point. The magnitude and the phase of these functions are frequency dependent.
Accelerance and dynamic compliance differ from mobility only in that the motion response is expressed in terms of acceleration or displacement, respectively, instead of velocity. In order to simplify the various parts of the ISO 7626 series, only the term “mobility” will be used. It is understood that all test procedures and requirements described are also applicable to the determination of accelerance and dynamic compliance.
Typical applications for mobility measurements are for:
- a) predicting the dynamic response of structures to known or assumed input excitation;
- b) determining the modal properties of a structure (natural frequencies, damping ratios and mode shapes);
- c) predicting the dynamic interaction of interconnected structures;
- d) checking the validity and improving the accuracy of mathematical models of structures;
- e) determining the frequency dependent dynamic properties (i.e. the complex modulus of elasticity) of materials.
For some applications, a complete description of the dynamic characteristics can be required using measurements of forces and linear velocities along three mutually perpendicular axes as well as measurements of moments and rotational velocities about these three axes. This set of measurements results in a 6 × 6 mobility matrix for each location of interest. For N locations on a structure, the system thus has an overall mobility matrix of size 6N × 6N.
NOTE 1 In general, the measurement directions do not need to be perpendicular to each other, but only their linear independence is needed.
For most practical applications, it is not necessary to know the entire 6N × 6N matrix. Often it is sufficient to measure the driving-point mobility and a few transfer mobilities by exciting with a force at a single point in a single direction and measuring the linear response motions at key points on the structure. In other applications, only rotational mobilities can be of interest.
In order to simplify its use in the various mobility measurement tasks encountered in practice, ISO 7626 is published as a series comprising:
- ISO 7626-1, which covers basic definitions and transducers. The information in ISO 7626-1 is common to most mobility measurement tasks.
- ISO 7626-2, which covers mobility measurements using single-point linear excitation with an attached exciter.
- ISO 7626-5 (this document), which covers mobility measurements using impact excitation with an exciter which is not attached to the structure.
Mechanical mobility is defined as the frequency-response function formed by the ratio of the phasor of the linear or rotational velocity response to the phasor of the applied force or moment excitation. If the response is measured with an accelerometer, conversion to velocity is used to obtain the mobility. Alternatively, the ratio of acceleration to force, known as accelerance, can be used to characterize a structure. In other cases, dynamic compliance, the ratio of displacement to force, can be used.
NOTE 2 Historically, frequency-response functions of structures have often been expressed in terms of the reciprocal of one of the above-named dynamic characteristics. The arithmetic reciprocal of mechanical mobility has often been called mechanical impedance. However, this is misleading because the arithmetic reciprocal of mobility does not, in general, represent any of the elements of the impedance matrix of the structure. Mobility test data cannot be used directly as part of an analytic impedance model of the structure. To achieve compatibility of the data and the model, the impedance matrix of the model must be inverted to a mobility matrix, or vice versa. This point is elaborated upon in ISO 7626-1:2011, Annex A.
0.2 Introduction to this document
Impact excitation has become a popular method for measuring the frequency response of structures because of its inherent speed and relatively low cost to implement. However, the accuracy of mobility measurements made by using impact excitation is highly dependent upon both the characteristics of the test structure and the experimental techniques employed. With impact excitation, it can be difficult or impossible in certain cases to obtain the accuracy which is attainable using steady state or stationary excitation with an attached exciter, and the impact method carries an increased danger of gross measurement errors[6]. In spite of these limitations, impact testing can be an extremely useful excitation technique when applied properly.
This document provides a guide to the use of impact excitation for mobility measurements. Accurate mobility measurements always require careful attention to equipment selection and to the measurement techniques employed; these factors are especially important when using impact excitation. Furthermore, the characteristics of the test structure, especially its degree of nonlinearity, limit the accuracy which can be achieved. Subclause 4.2 describes these limitations on the use of impact excitation.
Because the exciter is not attached to the structure, this method makes it practical to measure a series of transfer mobilities of a structure by moving the excitation successively to each desired point on the structure, while the response motion transducer remains at a single fixed location and direction. Due to the principle of dynamic reciprocity, such measurements should be equal, assuming linearity, to the results obtained using an attached exciter at the same fixed location and direction with the response transducer relocated to each desired point on the structure. However, it can be difficult to impact the structure in all desired directions at certain locations, and in such cases, it can be more practical to use impact excitation at the fixed location and direction and relocate a multi-axis response transducer to the desired response locations.
NOTE 1 When a multi-axis transducer is used at a fixed location for a modal test and if the impact is applied in one direction of the transducer at each point, then only the mode shape components in that direction are obtained.
NOTE 2 The mass of the multiaxial transducer can change the mass properties of the structure leading to an inconsistent set of measured transfer functions. This can cause serious problems in using the FRFs for experimental modal analysis.