진동 전달율을 이용한 진동 소스 추정

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확장요약문

진동이 발생하는 시스템에서 진동 소스를 식별하는 것은 해당 진동의 원인에 의해 발생하는 진동의 응답을 제어하는 입장에서 매우 중요한 과정이다. 진동 소스가 특정되지 못한 상황에서는 매우 정밀한 시스템 파라미터의 식별이 요구되고 해당 과정을 통해 시스템 파라미터가 신뢰성을 가지는 경우에만 응답 데이터와 시스템 동특성을 고려하여 간접적으로 진동 소스를 간접적으로 얻어낼 수 있다. 진동 소스의 위치, 진동 소스 스펙트럼 특성(크기, 위상 등)을 정의할 수 있는 경우에는 어떤 스펙트럼이 주요 원인이 되는지를 확인할 수 있으므로 진동 과정의 단절 혹은 주요 응답 부위에서의 진동이나 소음 제어를 통해 전체적인 응답을 원하는 규정 내에서 관리할 수 있는 상황이 마련될 수 있다.

본 연구에서는 진동 소스를 식별하는 과정으로 응답하는 시스템의 주요 응답 부위에서의 주파수응답함수 값을 사전에 높은 신뢰성 조건에서 식별이 가능하다는 가정을 두었다. 이를 실현하기 위해 대상 시스템을 실제 작동하는 환경과 동일한 경계 조건을 마련한 다음 별도의 외부 하중이 전혀 인가되지 않는 정적 상태에서 임팩트 헤머를 활용한 실험적 모달 프로세스를 통해 모든 후보 응답 위치에서의 주파수응답함수 값들을 모두 측정하였다. 해당 주파수응답함수를 활용하여 하나의 진동 소스가 존재한다는 가정 아래 서로 다른 위치에서의 진동 전달율을 획득할 수 있다. 이후 작동 상태에서 동일한 경계조건에서 응답을 측정하였다. 해당 응답은 단일 진동 소스 조건을 만족해야 하며 측정된 응답 데이터를 활용하여 모든 후보 응답 위치에서의 진동 전달율 값을 별도로 얻을 수 있다. 사전에 수행한 정적 상태에서와 달리 작동 상태에서 획득된 진동 전달율 값은 측정 과정에서 완전히 배제할 수 없는 노이즈 성분이 들어가기 때문에 해당 진동 전달율 값들은 일정 크기의 램덤 노이즈 성분이 포함되어 있는 것이다. 사전 정적 상태에서 측정한 진동 전달율 값으로 별도의 데이터 세트를 구성할 수 있으며 후자로 측정한 작동 과정에서 측정된 응답을 바탕으로 도출된 진동 전달률도 별도의 데이터 세트를 획득할 수 있다. 2개의 진동 전달률 세트 간의 오차가 최소가 되는 경우가 식별되지 못한 진동 소스의 조건과 가장 유사한 조건이 된다. 해당 진동 전달율 세트를 얻어낸 후보 위치에서의 가진 조건(임패트 해머 활용)이 진동 소스원에 가장 가까운 것이다. 해당 조건을 5-6 자유도를 가지는 이론 모델을 통해 우선 적용을 하였다. 이후 간단한 시편을 활용하여 실험적으로 보다 현실적으로도 검증을 수행하였다.