[사인진동시험] 가속도, 속도, 변위(Acceleration, Velocity, Displacement)

 

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Sine 진동 시험 중에는 시편(DUT)이 진동 시험기를 통해 진동을 받게 되며, 제어기+센서는 진동 응답을 수집합니다. 해당 응답 파형은 시험기에서 제공하는 진동에 따른 DUT의 반응 정보를 제공하며, 입력 진동에 따른 Damage를 파악하는 데 도움이 됩니다.

가속도, 속도, 변위는 응답 파형을 사용하여 객체의 움직임의 변화를 측정합니다.

간단하게 설명하자면, Sine 진동 시험은 물체가 얼마나 흔들리는지를 측정하는 실험입니다. 이 실험을 통해 물체가 외부 자극에 얼마나 민감한지를 알 수 있습니다. 응답 값으로 가속도, 속도, 변위를 사용해서 시편의 특성을 확인합니다.

 

 

 

[사인진동시험] 가속도

가속도는 속도의 변화율입니다. 자동차가 가속하면 속도가 증가하고, 감속하면 속도가 감소합니다. 이 때, 시간에 따른 가속도 그래프는 어떻게 생겼을까요?

 

파동의 꼭대기에서는 속도가 0입니다. 그리고 파동은 음의 속도로 아래쪽으로 움직이며, 음의 속도가 점점 커지다가 정지 위치에 다다르면, 파동은 천천히 움직이기 시작합니다.

 

이때, 가속도는 음수가 되는데, 이는 음의 방향으로 속도가 증가하기 때문입니다. 그러나 파동이 정지 위치를 지나면, 속도는 양의 방향으로 증가하며, 파동은 위로 움직입니다.

 

 

 

즉, 파동이 정지 위치를 지나면, 속도는 음에서 0, 그리고 양의 방향으로 증가합니다. 이러한 과정에서 가속도는 음수에서 양수로 바뀝니다. 위 그림은 시간에 따른 파동의 가속도를 보여줍니다.

 

가속도는 물체의 속도 변화율을 나타내는 물리량으로, 초당 미터 제곱 단위로 측정됩니다. 이는 한초 동안 속도가 얼마나 변하는지를 미터 단위로 나타낸 것입니다. 진동 테스트에서는 이러한 가속도를 중력 상수 단위인 G로 나타내게 됩니다.

 

 

 

 

[사인진동시험] 속도

 

속도는 DUT의 위치 변화율을 나타냅니다. 주기의 최고점 또는 정점에서 DUT는 순간적으로 멈추고 속도는 0입니다. 그 후 DUT는 하강하며 속도를 높입니다.

 

DUT는 휴식 위치를 넘어 최고 음수 속도 지점에 도달하며 그 이후로 감속합니다. 주기의 최저점 (골짜기)에서 DUT는 다시 잠시 멈추고 속도는 0입니다. 그리고 양수 속도를 얻기 위해 다시 오르기 시작합니다.

 

위 그림은 시간에 따른 속도를 나타냅니다. 데이터가 수집될 때 이미 시험이 진행 중이었다면, 속도는 처음에 양수입니다. 속도는 위치 변화율을 의미하며 미터당 초(m/s)로 측정됩니다.

 

 

 

 

 

[사인진동시험] 변위

Displacement(변위)란 물체가 이동한 거리를 길이 단위인 미터(m)나 인치(in)와 같은 단위로 표현한 것입니다. 이동한 거리를 나타내는 개념으로, 물체가 움직인 정도를 나타내는 중요한 물리량 중 하나입니다.

 

 

실제로, 사인 파형 진동 테스트는 10Hz에서 10,000Hz 범위의 넓은 주파수 범위에서 이루어집니다. 예를 들어, 5,000Hz의 사인 파형을 사용하여 DUT를 진동시키면, DUT는 1초에 5,000회 진동합니다.

아래는 5Hz에서 진동하는 셰이커 헤드의 변위와 속도를 슬로우 모션으로 보여주는 동영상입니다. 변위가 최대 또는 최소값에 도달할 때, Shaker의 헤더 속도는 0입니다.

 

 

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