Mechanical Vibration and Shock Analysis: Mechanical Shock Vol. 2 – Christian Lalanne – 2nd Edition
Descripción
Los equipos transportados o a bordo son muy frecuentemente sometidos a choques mecánicos a lo largo de su vida útil (manipulación de materiales, transporte, etc.). Este tipo de entorno, aunque tiene una duración extremadamente corta (desde una fracción de milisegundo hasta unas pocas docenas de milisegundos), suele ser grave y no puede ignorarse. Los primeros trabajos sobre sacudidas se llevaron a cabo en la década de 1930 sobre los terremotos y sus efectos en los edificios.
Esto dio lugar a la noción de espectro de respuesta al shock. Las pruebas de equipos comenzaron durante la Segunda Guerra Mundial. Los métodos continuaron evolucionando con el aumento de la potencia de los excitadores, lo que permitió crear descargas sintéticas, y nuevamente en la década de 1970, con el desarrollo de la informatización, que permitió realizar pruebas directamente en el excitador empleando un espectro de respuesta a las descargas. Después de una breve recapitulación de las formas de choque más utilizadas en las pruebas y de las posibilidades del análisis de Fourier para estudios que tengan en cuenta el medio ambiente (Capítulo 1), el Capítulo 2 presenta el espectro de respuesta al choque con sus numerosas definiciones y métodos de cálculo.
El Capítulo 3 describe todas las propiedades del espectro y muestra que de él se pueden extraer características importantes de la señal original, como su amplitud o el cambio de velocidad asociado con el movimiento durante el choque. El espectro de respuesta a impactos es la herramienta ideal para redactar especificaciones. El capítulo 4 detalla el proceso que permite transformar un conjunto de shocks registrados en el entorno real en una especificación de la misma gravedad, y presenta algunos otros métodos propuestos en la literatura. El conocimiento de la cinemática del movimiento durante una descarga es esencial para comprender el mecanismo de las máquinas y programadores de descargas.
En el capítulo 5 se dan las expresiones de velocidad y desplazamiento, según el tiempo, para choques clásicos, según se produzcan en modo impacto o impulso. El capítulo 6 describe el principio de las máquinas de choque más utilizadas actualmente en los laboratorios y sus programadores asociados. Para reducir los costos al restringir el número de cambios en las instalaciones de prueba, ocasionalmente se pueden probar especificaciones expresadas en forma de un choque simple (semisinusoidal, rectángulo, diente de sierra con un pico final) usando un excitador electrodinámico.
El capítulo 7 expone los problemas encontrados, destacando las limitaciones de tales medios, junto con las consecuencias de la modificación que se debe realizar en el perfil de choque, sobre la calidad de la simulación. Determinar una descarga de forma simple de la misma gravedad que un conjunto de descargas, basándose en su espectro de respuesta, es a menudo una operación delicada. Gracias a los avances en la informatización y en las instalaciones de control, esta dificultad puede superarse en ocasiones expresando la especificación en forma de espectro de respuesta y controlando el excitador directamente desde ese espectro. En términos prácticos, como el excitador sólo puede activarse con una señal que es función del tiempo, el software del bastidor de control determina una señal temporal con el mismo espectro que la especificación mostrada.
El capítulo 8 describe los principios de la composición del choque equivalente, da las formas de las señales básicas más utilizadas, con sus propiedades, y enfatiza los problemas que pueden surgir, tanto en la constitución de la señal como con respecto a la calidad. de la simulación obtenida. Los dispositivos o equipos pirotécnicos (cordones, válvulas, etc.) son muy utilizados en los lanzadores de satélites debido al altísimo grado de precisión que proporcionan en las secuencias de operación. Los choques inducidos en estructuras por cargas explosivas son extremadamente severos, con características muy específicas.
Su simulación en el laboratorio requiere medios específicos, como se describe en el Capítulo 9. Los contenedores deben proteger los equipos que en ellos se transportan de diversas formas de perturbaciones relacionadas con la manipulación y posibles accidentes. Las pruebas diseñadas para calificar o certificar contenedores incluyen choques que a veces son difíciles o incluso imposibles de producir dado el peso combinado del contenedor y su contenido. Una posibilidad relativamente utilizada consiste en realizar shocks en modelos a escala, con factores de escala del orden de 4 o 5, por ejemplo. Esta misma técnica se puede aplicar, aunque con menor frecuencia, a determinados ensayos de vibraciones. Al final de este volumen, el Apéndice resume las leyes de similitud adoptadas para definir los modelos e interpretar los resultados de las pruebas.
Foreword to Series
Introduction
List of Symbols
Chapter 1. Shock Analysis
1.1. Definitions
1.1.1. Shock
1.1.2. Transient signal
1.1.3. Jerk
1.1.4. Simple (or perfect) shock
1.1.5. Half-sine shock
1.1.6. Versed sine (or haversine) shock
1.1.7. Terminal peak sawtooth (TPS) shock
(or final peak sawtooth (FPS))
1.1.8. Initial peak sawtooth (IPS) shock
1.1.9. Square shock
1.1.10. Trapezoidal shock
1.1.11. Decaying sinusoidal pulse
1.1.12. Bump test
1.1.13. Pyroshock
1.2. Analysis in the time domain
1.3. Fourier transform
1.3.1. Definition
1.3.2. Reduced Fourier transform
1.3.3. Fourier transforms of simple shocks
1.3.4. What represents the Fourier transform of a shock?
1.3.5. Importance of the Fourier transform
1.4. Energy spectrum
1.4.1. Energy according to frequency
1.4.2. Average energy spectrum
1.5. Practical calculations of the Fourier transform
1.5.1. General
1.5.2. Case: signal not yet digitized
1.5.3. Case: signal already digitized
1.5.4. Adding zeros to the shock signal before the calculation of its Fourier transform
1.6. The interest of time-frequency analysis
1.6.1. Limit of the Fourier transform
1.6.2. Short term Fourier transform (STFT)
1.6.3. Wavelet transform
Chapter 2. Shock Response Spectrum
2.1. Main principles
2.2. Response of a linear one-degree-of-freedom system
2.2.1. Shock defined by a force
2.2.2. Shock defined by an acceleration
2.2.3. Generalization
2.2.4. Response of a one-degree-of-freedom system to simple shocks
2.3. Definitions
2.3.1. Response spectrum
2.3.2. Absolute acceleration SRS
2.3.3. Relative displacement shock spectrum
2.3.4. Primary (or initial) positive SRS
2.3.5. Primary (or initial) negative SRS
2.3.6. Secondary (or residual) SRS
2.3.7. Positive (or maximum positive) SRS
2.3.8. Negative (or maximum negative) SRS
2.3.9. Maximax SRS
2.4. Standardized response spectra
2.4.1. Definition
2.4.2. Half-sine pulse
2.4.3. Versed sine pulse
2.4.4. Terminal peak sawtooth pulse
2.4.5. Initial peak sawtooth pulse
2.4.6. Square pulse
2.4.7. Trapezoidal pulse
2.5. Choice of the type of SRS
2.6. Comparison of the SRS of the usual simple shapes
2.7. SRS of a shock defined by an absolute displacement of the support
2.8. Influence of the amplitude and the duration of the shock on its SRS
2.9. Difference between SRS and extreme response spectrum (ERS)
2.10. Algorithms for calculation of the SRS
2.11. Subroutine for the calculation of the SRS
2.12. Choice of the sampling frequency of the signal
2.13. Example of use of the SRS
2.14. Use of SRS for the study of systems with
several degrees of freedom
Chapter 3. Properties of Shock Response Spectra
3.1. Shock response spectra domains
3.2. Properties of SRS at low frequencies
3.2.1. General properties
3.2.2. Shocks with zero velocity change
3.2.3. Shocks with 'V 0 and 'D 0 z at the end of a pulse
3.2.4. Shocks with 'V 0 and 'D 0 at the end of a pulse
3.2.5. Notes on residual spectrum
3.3. Properties of SRS at high frequencies
3.4. Damping influence
3.5. Choice of damping
3.6. Choice of frequency range
3.7. Choice of the number of points and their distribution
3.8. Charts
3.9. Relation of SRS with Fourier spectrum
3.9.1. Primary SRS and Fourier transform
3.9.2. Residual SRS and Fourier transform
3.9.3. Comparison of the relative severity of several shocks using their Fourier spectra and their shock response spectra
3.10. Care to be taken in the calculation of the spectra
3.10.1. Main sources of errors
3.10.2. Influence of background noise of the measuring equipment
3.10.3. Influence of zero shift
3.11. Use of the SRS for pyroshocks
Chapter 4. Development of Shock Test Specifications
4.1. Introduction
4.2. Simplification of the measured signal
4.3. Use of shock response spectra
4.3.1. Synthesis of spectra
4.3.2. Nature of the specification
4.3.3. Choice of shape
4.3.4. Amplitude
4.3.5. Duration
4.3.6. Difficulties
4.4. Other methods
4.4.1. Use of a swept sine
4.4.2. Simulation of SRS using a fast swept sine
4.4.3. Simulation by modulated random noise
4.4.4. Simulation of a shock using random vibration
4.4.5. Least favorable response technique
4.4.6. Restitution of an SRS by a series of modulated sine pulses
4.5. Interest behind simulation of shocks on shaker using a shock spectrum
Chapter 5. Kinematics of Simple Shocks
5.1. Introduction
5.2. Half-sine pulse
5.2.1. General expressions of the shock motion
5.2.2. Impulse mode
5.2.3. Impact mode
5.3. Versed sine pulse
5.4. Square pulse
5.5. Terminal peak sawtooth pulse
5.6. Initial peak sawtooth pulse
Chapter 6. Standard Shock Machines
6.1. Main types
6.2. Impact shock machines
6.3. High impact shock machines
6.3.1. Lightweight high impact shock machine
6.3.2. Medium weight high impact shock machine
6.4. Pneumatic machines
6.5. Specific testing facilities
6.6. Programmers
6.6.1. Half-sine pulse
6.6.2. TPS shock pulse
6.6.3. Square pulse trapezoidal pulse
6.6.4. Universal shock programmer
Chapter 7. Generation of Shocks Using Shakers
7.1. Principle behind the generation of a signal with a simple shape versus time
7.2. Main advantages of the generation of shock using shakers
7.3. Limitations of electrodynamic shakers
7.3.1. Mechanical limitations
7.3.2. Electronic limitations
7.4. Remarks on the use of electrohydraulic shakers
7.5. Pre- and post-shocks
7.5.1. Requirements
7.5.2. Pre-shock or post-shock
7.5.3. Kinematics of the movement for symmetric pre- and post-shock
7.5.4. Kinematics of the movement for a pre-shock or post-shock alone
7.5.5. Abacuses
7.5.6. Influence of the shape of pre- and post-pulses
7.5.7. Optimized pre- and post-shocks
7.6. Incidence of pre- and post-shocks on the quality of simulation
7.6.1. General
7.6.2. Influence of the pre- and post-shocks on the time history response of a one- degree-of-freedom system
7.6.3. Incidence on the shock response spectrum
Chapter 8. Control of a Shaker Using a Shock Response Spectrum
8.1. Principle of control using a shock response spectrum
8.1.1. Problems
8.1.2. Parallel filter method
8.1.3. Current numerical methods
8.2. Decaying sinusoid
8.2.1. Definition
8.2.2. Response spectrum
8.2.3. Velocity and displacement
8.2.4. Constitution of the total signal
8.2.5. Methods of signal compensation
8.2.6. Iterations
8.3. D.L. Kern and C.D. Hayes function
8.3.1. Definition
8.3.2. Velocity and displacement
8.4. ZERD function
8.4.1. Definition
8.4.2. Velocity and displacement
8.4.3. Comparison of ZERD waveform with standard decaying sinusoid
8.4.4. Reduced response spectra
8.5. WAVSIN waveform
8.5.1. Definition
8.5.2. Velocity and displacement
8.5.3. Response of a one-degree-of-freedom system
8.5.4. Response spectrum
8.5.5. Time history synthesis from shock spectrum
8.6. SHOC waveform
8.6.1. Definition
8.6.2. Velocity and displacement
8.6.3. Response spectrum
8.6.4. Time history synthesis from shock spectrum
8.7. Comparison of WAVSIN, SHOC waveforms and decaying sinusoid
8.8. Use of a fast swept sine
8.9. Problems encountered during the synthesis of the waveforms
8.10. Criticism of control by SRS
8.11. Possible improvements
8.11.1. IES proposal
8.11.2. Specification of a complementary parameter
8.11.3. Remarks on the properties of the response spectrum
8.12. Estimate of the feasibility of a shock specified by its SRS
8.12.1. C.D. Robbins and E.P. Vaughans method
8.12.2. Evaluation of the necessary force, power and stroke
Chapter 9. Simulation of Pyroshocks
9.1. Simulations using pyrotechnic facilities
9.2. Simulation using metal to metal impact
9.3. Simulation using electrodynamic shakers
9.4. Simulation using conventional shock machines
Appendix: Similitude in Mechanics
Mechanical Shock Tests: A Brief Historical Background
Bibliography
Index
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- Título: Mechanical Vibration and Shock Analysis: Mechanical Shock Vol. 2
- Autor/es: Christian Lalanne
- Edición: 2da Edición
- Año de publicación: 2009
- Tipo de archivo: eBook
- Idioma: eBook en Inglés
- ISBN-13: 9781848211216
- ISBN-13: 9781848211230
- Subtema: Vibraciones Mecánicas
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