진동 ERS 시험이란?(Extreme Response Spectrum, Vibration Testing, Test Acceleration, Fatigue Damage Spectrum, Single-Degree-of-Freedom)

 

목차

 

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ERS(Extreme Response Spectrum)란 무엇인가? 

ERS 스펙 생성 - ObserVIEW

 

 

ERS(극한 응답 스펙트럼)는 랜덤 진동 환경에서 제품이 경험할 수 있는 이론적인 '최대' 응답을 주파수별로 보여주는 그래프입니다. 즉, 이 진동 조건에서 제품이 최악의 경우 얼마나 흔들릴까?를 예측하는 도구입니다.

 

진동 시험을 할 때, 엔지니어들은 제품의 수명 전체에 걸친 피로 손상을 짧은 시간 안에 재현하기 위해 시험을 가속합니다. 하지만 너무 과하게 가속하면 실제 환경에서는 일어나지 않을 과도한 스트레스로 제품이 파손될 수 있습니다.

ERS는 바로 이 가속 시험이 너무 과하지 않은지, 즉 '안전한 범위 내에 있는지'를 검증하는 역할을 합니다.

 

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ERS는 무엇과 다른가?

 

 

1. 전력 스펙트럼 밀도(PSD)와의 차이

• PSD (Power Spectral Density): 진동 신호의 '평균적인' 에너지 분포를 보여줍니다. 이 과정에서 순간적으로 발생하지만 제품에 큰 손상을 주는 날카로운 피크(peak) 값들이 평균에 묻혀 희석될 수 있습니다.
• ERS: PSD가 놓칠 수 있는 바로 그 '가장 극단적인 피크' 응답을 포착합니다. 따라서 단순히 평균적인 진동 세기가 아닌, 제품 파손과 직결될 수 있는 최대치의 스트레스를 평가하는 데 더 적합합니다.

2. 충격 응답 스펙트럼(SRS)과의 차이

 

SRS 스펙트럼

 

ERS와 SRS는 둘 다 '최대 응답'을 예측한다는 점에서 개념적으로 비슷하지만, 대상이 다릅니다.

• SRS (Shock Response Spectrum): 지진, 폭발, 로켓 분리 등과 같은 짧고 강한 단발성 충격에 대한 최대 응답을 분석합니다.
• ERS (Extreme Response Spectrum): 장시간 지속되는 랜덤 진동에 대한 최대 응답을 분석합니다.

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ERS x축 비교 화면 - OberVIEW

 

ERS의 핵심적인 활용법 

1. 가속 시험 검증 엔지니어들은 피로 손상 스펙트럼(FDS)을 이용해 제품의 수명 주기를 압축한 가속 시험을 만듭니다. 이때 생성된 가속 시험의 ERS가 실제 사용 환경의 ERS 허용치를 넘지 않는지 확인합니다. 만약 허용치를 넘는다면, 시험이 너무 가혹하다는 뜻이므로 가속 수준을 낮추고 시험 시간을 늘려야 합니다.
2. 진동 가혹도 비교 서로 다른 시험 환경이나 규격들의 가혹도를 객관적으로 비교하는 '잣대'로 사용할 수 있습니다. ERS 그래프를 비교하면 어느 조건이 제품에 더 큰 스트레스를 주는지 직관적으로 파악할 수 있습니다.
3. 소프트웨어 활용 (예: ObserVIEW) 최신 분석 소프트웨어는 수집된 진동 데이터(PSD)로부터 ERS를 자동으로 계산하고, 이를 통해 가속 시험이 적절한지 시각적으로 쉽게 검증할 수 있는 기능을 제공합니다.

 

결론적으로 ERS는 가속 진동 시험의 신뢰성을 높여주는 중요한 안전장치라고 할 수 있습니다. 이를 통해 시험 시간을 효율적으로 단축하면서도, 비현실적인 손상으로 인한 잘못된 시험 결과를 방지할 수 있습니다.

 

 

 

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