VIC-3D FFT 기술을 사용한 대형 트럭 브레이크 로터의 진동 분석(DIC, Truck Brake Rotor, Vibration Analysis, Operational Deflection Shapes)

 

목차

 

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VIC-3D FFT 기술을 사용한 대형 트럭 브레이크 로터의 진동 측정

 

 

자동차는 운행 중 다양한 힘에 노출되며, 이러한 힘은 엔진이나 도로 표면에서 발생하는 진동을 차량의 섀시(샤시)와 서스펜션을 통해 전달합니다. 결국 이러한 진동은 차량의 가장 중요한 기계적 구성 요소 중 하나인 브레이크 시스템에 영향을 미칩니다. 이번 예제에서는 VIC-3D 고속 진동 분석(FFT) 기술을 사용하여 대형 트럭의 14인치 직경 브레이크 디스크를 분석합니다.

 

VIC-3D 설정 환경

설정 및 초기 측정

브레이크 디스크는 최대 3,000Hz의 주파수에서 운영 변형 형상(ODS, Operational Deflection Shapes)을 캡처하기 위해 일시적으로 충격(Transient Shock)을 줍니다. 이를 위해 고속 카메라를 사용하여 초당 6,250 프레임(fps)의 프레임 속도로 이미지를 캡처했습니다. 이 높은 프레임 속도는 브레이크 로터의 일시적인 진동을 정확하게 캡처하는 데 필요했습니다.

 

The Maxima tab in the FFT Workspace shows a graph of each data point’s maximum amplitude and maximum frequency in the z direction on the left. On the right, a plot of frequency vs. average amplitude is shown.

 

 

주파수 도메인 데이터를 분석하기 전에, 표준 VIC-3D 디지털 이미지 상관 분석(DIC)을 사용하여 변위(Displacement) 데이터를 얻었습니다. 이 단계에서는 브레이크 로터 표면의 각 지점에서 변위를 측정했습니다. 변위 데이터의 시간 이력을 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해 변환하여, x, y 및 z 방향의 각 주파수에서 전체 필드 진폭과 평균 진폭을 표시했습니다.

 

 

 

 

VIC-3D FFT 기술을 사용한 대형 트럭 브레이크 로터의 진동 분석

 

The full-field deflection shape, phase, frequency, and average amplitude of the brake rotor at 120.0Hz. This shows the first operational deflection shape at ~120.0 Hz. The full-field plots show the out-of-plane motion and phase at this frequency. An average amplitude of 84 nanometers was measured as the ODS at ~120 Hz, as seen in the plots and graphs above.

 

운영 변형 형상(ODS) 식별

다음 주파수에서 세 가지 고유한 ODS가 식별되었습니다: 120.0 Hz, 932.7 Hz 및 2,087.4 Hz. 이러한 주파수는 주파수에 따른 평면 외 진폭을 나타내는 그래프에 강조 표시되어 있습니다. 또한 분석을 통해 시간 도메인에서의 평면 외 변위를 제공하여, 특정 주파수에서 평균 진폭이 큰 지점과 자극 후 샘플의 실제 변위량 및 이미지 캡처 지속 시간을 보여줍니다.

 

120.0 Hz에서의 첫 번째 ODS는 약 120.0 Hz에서의 전체 필드 변형 형상, 위상, 주파수 및 평균 진폭을 보여줍니다. 이 주파수에서 브레이크 로터는 약 +/- 268 나노미터의 총 평면 외 변형을 경험했습니다. 애니메이션 3D 뷰를 통해 최대 값, 최소 값 및 ODS의 노드를 더 잘 확인할 수 있습니다.

 

 

 

두 번째 ODS는 932.7 Hz에서 발생했으며, 이 주파수에서 브레이크 로터는 약 +/- 375 나노미터의 총 평면 외 변형을 경험했습니다. 마지막으로 2,087.4 Hz에서 발생한 ODS는 약 +/- 64 나노미터의 평면 외 변형을 보였습니다.

 

이 테스트에서 평면 외 진폭 노이즈 신호는 약 4 나노미터로 측정되었으며, 이는 매우 우수한 결과입니다. 또한 시스템은 주파수 도메인에서 우수한 동적 범위를 보여줍니다. 보다 심층적인 분석을 위해 평균 측정을 기준점 및 포인트 추출과 비교할 수 있습니다. 유한 요소 분석 및 모드 분석 검증을 쉽게 하기 위해 전체 필드 3D 데이터는 애니메이션, .csv 및 기타 다양한 형식으로 내보낼 수 있습니다.

 

이 예제는 64 나노미터의 진폭과 2,000Hz 이상의 주파수를 가진 측정이 최대 100만 개의 데이터 포인트에서 달성될 수 있음을 보여줍니다. 전통적인 및 레이저 측정 기술과 비교하여, 이 비접촉 전체 필드 측정 도구는 더 적은 시간에 더 많은 데이터를 제공합니다. VIC-3D HS FFT 시스템은 단일 자극 후 여러 주파수에서 다양한 운영 변형 형상을 분석하고 표시합니다. 또한, 시스템은 동시에 값비싼 3D 변형 및 변위 데이터를 계산하여 진동 데이터와 함께 표시할 수 있습니다.

 

 

결론

VIC-3D FFT 기술을 사용한 이 분석은 대형 트럭 브레이크 로터의 진동 특성을 심층적으로 이해할 수 있는 강력한 도구임을 입증합니다. 고속 카메라와 고급 분석 소프트웨어를 활용하여 정확하고 상세한 진동 데이터를 얻을 수 있으며, 이는 차량의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

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