[진동 충격 시험]SRS 시험 설계(Shock Response Spectrum, Damping Factor, Q Factor, MIL-STD-810H)

 

목차

 

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SRS 시험 설계의 어려움

 

SRS(Shock Response Spectrum) 시험을 설계하는 과정에서는 다양한 변수와 제약 조건을 고려해야 하며, 잘못된 시험 정의는 실험 결과의 일관성을 저해하고 제품의 신뢰성을 정확히 평가하지 못하는 문제를 초래할 수 있다. SRS 시험 설계의 주요 어려움은 다음과 같이 정리할 수 있다.

 

 

1. 제한된 시험 사양으로 인한 불확실성

SRS 시험의 기본적인 입력 정보로는 브레이크포인트(Breakpoint) 테이블과 감쇠 계수(Q 값)가 제공되지만, 이는 단순히 목표 응답 스펙트럼을 나타낼 뿐이다. 이러한 정보만으로는 시험을 수행할 때 필요한 충격 지속시간(Duration), 펄스(Pulse) 형태, 목표 가속도 및 변위 조건을 명확하게 정의할 수 없다. 따라서 같은 브레이크포인트 테이블을 기반으로 하더라도 서로 다른 연구소에서 수행한 시험이 크게 다를 수 있으며, 이에 따라 제품이 받는 충격의 강도와 특성이 크게 변할 위험이 있다.

 

break point

 

 

2. 다양한 신호 합성 방식에 따른 결과 차이

SRS 시험에서는 목표 응답 스펙트럼을 만족하는 신호를 합성하는 과정에서 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 대표적인 신호 합성 방식으로는 뎀프드 사인파(Damped Sine Wave), 웨이브릿 합성(Wavelet Synthesis), 랜덤 신호(Random Signal) 등이 있으며, 동일한 SRS 요구 조건을 충족하더라도 사용하는 신호 합성 방식에 따라 가속도, 속도, 변위 프로파일이 달라질 수 있다. 따라서 시험 사양에서 신호 합성 방식을 명확히 지정하지 않으면 연구소마다 서로 다른 형태의 충격을 제품에 가할 가능성이 높다.

 

다른 신호 합성이지만 SRS 형태는 동일

 

 

 

3. 충격 지속시간(Te, TE)에 따른 차이

SRS 시험에서는 충격의 지속시간이 중요한 요소로 작용한다. 일반적으로 짧은 충격은 높은 주파수 성분을 가지며, 긴 충격은 낮은 주파수 성분을 포함하는 경향이 있다. 따라서 Te(유효 지속시간, Effective Duration) 및 TE(총 지속시간, Total Duration) 값을 시험 사양에 명확히 포함하지 않으면, 동일한 SRS를 만족하는 여러 신호 중 하나를 선택할 때 혼란이 발생할 수 있다. 예를 들어, 지속시간이 짧은 충격과 긴 충격이 모두 SRS를 충족할 수 있지만, 제품이 받는 실제 충격 환경을 고려하지 않으면 시험의 신뢰성이 낮아질 수 있다.

 

동일 SRS에서 다른 Te, TE 값을 가질 수 있

 

 

 

 

4. 가속도, 속도, 변위의 균형 조절

충격 시험에서는 단순히 가속도만 고려하는 것이 아니라, 속도 변화량(ΔV) 및 변위(Displacement)도 시험 결과에 중요한 영향을 미친다. 예를 들어, 동일한 SRS 목표값을 달성하는 두 개의 충격 신호가 있다고 가정할 때, 하나는 상대적으로 작은 속도 변화량을 갖고 다른 하나는 매우 큰 속도 변화량을 가질 수도 있다. 이 경우, 제품이 받는 충격의 강도가 달라지고 시험 결과가 다르게 나타날 수 있다. 따라서, 속도 및 변위 조건을 시험 사양에 명확히 정의해야 제품이 실제 환경에서 받는 충격과 유사한 시험을 수행할 수 있다.

 

Door Slam Test

 

 

5. 실험실마다 다른 시험 환경과 제어 시스템

SRS 시험을 수행하는 연구소마다 사용하는 장비와 제어 시스템이 다를 수 있으며, 특히 개루프(Open-loop) 및 폐루프(Closed-loop) 시험 방식의 차이로 인해 동일한 시험 사양을 적용하더라도 결과가 달라질 수 있다. 개루프 방식에서는 충격 신호의 형상을 정밀하게 조절하기 어려운 반면, 폐루프 방식에서는 다양한 제어 기법을 통해 신호를 정밀하게 조정할 수 있다. 따라서 시험 사양이 구체적이지 않으면 연구소마다 각기 다른 시험 방식을 적용하게 되어 제품이 받는 충격 환경이 달라질 위험이 있다.

 

 

6. 실제 환경과 시험 환경의 차이

SRS 시험을 수행할 때 가장 중요한 목표 중 하나는 실제 제품이 경험하는 충격 환경을 정확히 재현하는 것이다. 그러나, 실제 환경에서 발생하는 충격은 다양한 변수(예: 온도, 습도, 하중 조건 등)에 의해 영향을 받으며, 시험실에서 설정하는 충격과 완전히 동일하게 재현하기 어려운 경우가 많다. 이를 해결하기 위해서는 실제 충격 환경에서 수집한 데이터(필드 데이터, Field Data)를 기반으로 시험 조건을 설정하고, 합성된 신호가 실제 환경과 유사한지를 검토하는 과정이 필요하다.

 

 

7. 시험 결과의 일관성 유지 어려움

SRS 시험을 수행하는 목적 중 하나는 제품이 다양한 연구소에서 동일한 충격 환경을 경험하도록 보장하는 것이다. 그러나, 시험 사양이 불충분하거나 연구소마다 다른 시험 방식을 적용하면, 제품이 한 연구소에서는 상대적으로 낮은 충격을 받고, 다른 연구소에서는 과도한 충격을 받는 상황이 발생할 수 있다. 특히, 속도 변화량(ΔV)이 40 in/sec인 시험과 100 in/sec인 시험은 충격 강도가 현저하게 다르기 때문에, 동일한 제품이라도 시험 결과가 크게 다를 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 일관된 시험 사양을 정의하고, 연구소 간 시험 방법을 표준화하는 것이 중요하다.

 

 

 

 

SRS 테스트에서 가능한 솔루션 수를 줄이기 위한 주요 시험 매개변수

 

 

SRS(Shock Response Spectrum) 테스트를 수행할 때, 시험 결과의 일관성을 유지하고 연구소마다 다른 해석을 방지하기 위해 다음과 같은 주요 매개변수를 지정하는 것이 중요하다.

 

1. 브레이크포인트 테이블 (Breakpoint table)

SRS 목표 스펙트럼을 정의하는 핵심 요소로, 특정 주파수에서의 응답을 명확히 설정함.

 

2. 펄스 개수 (Number of pulses)

시험 중 충격이 몇 번 발생하는지를 정의하여 테스트의 반복성을 확보함.

 

3. 감쇠 계수 / Q-팩터 (Damping/Q-factor)

충격 반응의 감쇠 수준을 결정하여 시험 환경을 더욱 명확하게 설정함.

 

4. Te (유효 지속시간, per MIL-STD-810H)

MIL-STD-810H 군사 표준에 따라 충격이 주요 에너지를 전달하는 시간 범위를 설정함.

 

5. TE (총 지속시간, per MIL-STD-810H)

전체 충격 이벤트의 지속시간을 제한하여 시험의 일관성을 유지함.

 

6. 최소 가속도, 속도 또는 변위 (Minimum acceleration, velocity, or displacement)

충격의 강도를 정의하여 필요한 수준 이상의 시험 환경을 보장함.

 

7. SRS의 ± 허용 오차 (Tolerances for ± SRS)

허용 오차를 설정하여 시험 결과의 변동성을 제어하고 목표 충격 응답을 정확히 유지함.

 

 

 

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