[Digital Image Correlation]브레이크로터 ODS분석(Operational Deflection Shapes, Automotive, Brake Rotor)

 

목차

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이미지 ODS 분석: 브레이크 로터/디스크 시험 설정

 

자동차(Automobiles)의 파트들은 운행 중에 많은 힘(Force)을 받습니다. 엔진(Engine)이나 노면에서 발생하는 진동은 차량의 섀시(chassis)와 서스펜션(suspension)을 통해 차량의 가장 중요한 기계 부품인 브레이크(Brake) 시스템으로 전달됩니다. 이번 포스트에서는 대형 트럭의 직경 14인치 브레이크 디스크(Brake Disk)가 일시적으로 진동을 받고, 팜테크(Famtech)에서 판매 중인 Correlated Solution 사의 VIC-3D 고속 진동 분석(FFT, Fast Fourier Transform) 기술로 분석 하였습니다. 3,000Hz 미만의 주파수 영역에서의 ODS(Operation Deflection Shapes)가 관심 대상이었기 때문에 고속 카메라로 이미지를 6,250fps의 프레임 속도로 캡쳐 하였습니다. 

 

설치 사진, 고속 카메라 + 브레이크 디스크

 

주파수 영역 데이터를 계산하기 전에 VIC-3D DIC 분석을 통해 변위 데이터(Displacement)를 시간 영역에서 가져왔습니다. 변위 데이터를 측정한 후 브레이크 로터 표면의 각 지점에 대한 변위 데이터의 시간 이력에 FFT(Fast Fourier Transformation)를 적용했습니다. 그런 다음 FFT 데이터는 쉽게 식별할 수 있도록 브레이크 로터 표면의 전체 필드 진폭과 x, y, z 방향의 각 주파수에서 평균 진폭을 표시했습니다. 이 데이터에서 VIC-3D HS 진동 분석 FFT 소프트웨어를 사용하여 추가 분석을 위해 3개의 ODS(operational deflection shape)을 식별하고 애니메이션화했습니다.

 

 

 

 

이미지 ODS 분석: 브레이크 로터/디스크 시험 결과

 

 

주파수(Frequency) 120.0Hz, 932.7Hz, 2087.4Hz에서 3개의 모드(Mode)를 확인하였습니다. 아래 그림 왼쪽 이미지는 ODS를 나타내는 그래프로 해당 주파수에서의 애니메이션 동작을 확인할 수 있습니다. 오른쪽 그래프는 시간 영역에서 최대 평균 변위 값을 보여 줍니다. 피크 값이 나오는 위치에서의 주파수를 확인할 수 있습니다. 

 

 

 

 

 

 

 

상단 그림의 왼쪽 애니매이션은 120Hz에서의 Mode의 Deflection Shape 입니다. 해당 영상은 아래 그림을 참조 하시면 됩니다. 120Hz에서의 브레이크 로터의 Amplitude(크기), Phase(위상) 정보를 가져 옵니다. 왼쪽 그림 하단에서 120Hz 부근에서 Mean Amplitude가 84나노미터(nanometer) 크기로 측정되었습니다.

 

120Hz 3D view of Brake Rotor

120Hz 변위(Displacement)의 변형(Deformation) 크기는 약 +/- 268나노미터 내에서 동작 합니다.

 

아래 그림은 932.7Hz와 2087.4Hz 에서의 분석 결과로 Averaging Amplitude는 183나노미터(nanometer), 25나노미터(nanometer) 계측을 확인할 수 있습니다.

 

 

The full-field deflection shape, phase, frequency, and average amplitude of the brake rotor at 932.7Hz. The full-field left and right plots show the out-of-plane shape and phase respectively at this frequency. An average amplitude of 183 nanometers was measured for this ODS, as seen in the left graph.

 

The full-field deflection shape, phase, frequency, and average amplitude of the brake rotor at 2,087.4Hz. he full-field left and right plots show the out-of-plane motion and phase respectively at this frequency. An average amplitude of only 25 nanometers was measured for this ODS, as seen in the left graph.

 

 

 

 

이미지 ODS 분석: 브레이크 로터/디스크 시험 결론

 

이 테스트에서 진폭 노이즈(Amplitude Noise) 신호는 약 4nm로 측정되었으며 이는 매우 우수합니다. 이 시스템은 또한 주파수 도메인에서 높은 다이나믹 레인지(Dyanmic Range)를 보여 주었습니다. 유한 요소 분석(FEA, Finite Element Analysis) 및 모달 분석(Modal Analysis) 검증을 위해 전체 필드 3D 데이터를 애니메이션, csv 등 기타 다양한 형식으로 내보낼 수 있습니다.

이번 실습을 통해 모든 시간 단계에서 최대 100만 개의 데이터 포인트로 64nm만큼 작은 진폭과 2,000Hz 이상의 주파수로 측정이 가능함을 보여줍니다. 기존 및 레이저 측정 기술과 비교할 때 이 비접촉식(Non Contact) 전체 필드 측정 도구는 짧은 시간(시험 세팅 + 분석 시간)에 더 많은 데이터를 제공합니다. VIC-3D HS FFT 시스템은 일시적인 이벤트에서 단일 여기 후 다양한 주파수에서 여러 작동 편향 모양을 분석하고 표시합니다. 또한 시스템은 진동 데이터와 함께 표시할 수 있는 3D 변형 및 변위 데이터를 동시에 계산합니다.

 

 

 

 

팜테크 오프라인 교육 소개 : DIC

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