ISO 20270:2019
(Main)Acoustics — Characterization of sources of structure-borne sound and vibration — Indirect measurement of blocked forces
Acoustics — Characterization of sources of structure-borne sound and vibration — Indirect measurement of blocked forces
This document specifies a method where a vibrating component (a source of structure-borne sound or vibration) is attached to a passive structure (or receiver) and is the cause of vibration in, or structure-borne sound radiation from, the assembly. Examples are pumps installed in ships, servo motors in vehicles or machines and plant in buildings. Almost any vibrating component can be considered as a source in this context. Due to the need to measure vibration at all contact degrees of freedom (DOFs) (connections between the source and receiver), this document can only be applied to assemblies for which such measurement is possible. This document is applicable only to assemblies whose frequency response functions (FRFs) are linear and time invariant. The source can be installed into a real assembly or attached to a specially designed test stand (as described in 5.2). The standard method has been validated for stationary signals such that the results can be presented in the frequency domain. However, the method is not restricted to stationary signals: with appropriate data processing, it is also applicable to time-varying signals such as transients and shocks (provided linearity and time invariance of the FRFs are preserved). This document provides a method for measurement and presentation of blocked forces, together with guidelines for minimizing uncertainty. It provides a method evaluating the quality of the results through an on-board validation procedure but does not comment on the acceptability or otherwise of the results.
Acoustique — Caractérisation des sources de bruit solidien et de vibrations — Mesurage indirect des forces bloquées
Le présent document spécifie une méthode dans laquelle un composant vibrant (une source de bruit solidien ou de vibrations) est fixé à une structure (ou récepteur) passive et provoque des vibrations dans l'assemblage ou un rayonnement sonore solidien de l'assemblage. Des pompes installées dans des navires, des servomoteurs dans des véhicules ou des machines et une installation dans des bâtiments en sont des exemples. Presque tous les composants vibrants peuvent être considérés comme une source dans ce contexte. En raison de la nécessité de mesurer les vibrations à tous les degrés de liberté (DDL) de contact (connexions entre la source et le récepteur), le présent document ne peut s'appliquer qu'aux assemblages pour lesquels un tel mesurage est possible. Le présent document n'est applicable qu'aux assemblages dont les fonctions de réponse en fréquence (FRF) sont linéaires et invariables dans le temps. La source peut être installée dans un assemblage réel ou fixé sur un banc d'essai spécialement conçu (tel que décrit en 5.2). La méthode normalisée a été validée pour des signaux stationnaires de sorte que les résultats puissent être présentés dans le domaine de fréquences. Toutefois, la méthode ne se limite pas aux signaux stationnaires: moyennant un traitement approprié des données, elle est également applicable à des signaux variant dans le temps tels que des transitoires et des chocs (à condition que la linéarité et l'invariance dans le temps des FRF soient conservées). Le présent document fournit une méthode de mesure et de présentation des forces bloquées, ainsi que des lignes directrices visant à réduire le plus possible l'incertitude. Il fournit une méthode d'évaluation de la qualité des résultats au moyen d'une procédure d'auto-validation, sans toutefois commenter l'acceptabilité ou non des résultats.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20270
First edition
2019-11
Acoustics — Characterization of
sources of structure-borne sound and
vibration — Indirect measurement of
blocked forces
Acoustique — Caractérisation des sources de bruit solidien et de
vibrations — Mesurage indirect des forces bloquées
Reference number
©
ISO 2019
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Selection of degrees of freedom (DOFs) . 6
4.1 General . 6
4.2 Source receiver interface . 7
4.3 Contact DOFs. 7
4.4 Indicator DOFs . 8
4.4.1 General. 8
4.4.2 All indicator DOFs at contact area . 8
4.4.3 No indicator DOF at contact area . 8
4.4.4 Some indicator DOFs at contact area . 8
4.5 Validation DOFs . 8
5 Test arrangement . 8
5.1 General . 8
5.2 Representativeness of the receiver . 8
5.3 Design of test receiver . 9
5.4 Avoidance of secondary noise sources . 9
6 Measuring equipment .10
6.1 General .10
6.2 Multi-channel analyser .10
6.3 Vibration sensors .10
6.4 Means of excitation .10
7 Test procedure .10
7.1 General .10
7.2 Operational test .12
7.3 Frequency response function (FRF) test .12
7.3.1 General.12
7.3.2 Direct FRF measurement .12
7.3.3 Reciprocal FRF measurement.12
7.4 Preliminary test with artificial excitation .13
8 Analysis procedure .13
9 Uncertainties and validation .14
9.1 General .14
9.2 On-board validation .15
9.3 Preliminary validation using artificial excitation .15
10 Test report .15
Annex A (informative) Example of a test report: Electric rear axle drive in a passenger car;
transfer path analysis (TPA) and estimation of blocked forces in situ according to
Annex B (informative) Tests for validity of measurement data .24
Annex C (informative) Case studies .26
Annex D (informative) Criteria for selection of indicator and validation DOFs .31
Annex E (informative) Prediction of sound and vibration .35
Bibliography .37
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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Introduction
This document has been developed in response to demand from mechanical industries for an agreed
method of specifying the "source strength" of sources of structure-borne sound and vibration. Quantities
[2]
which independently characterize a source are the free velocity and blocked force: ISO 9611 specifies
a measurement procedure for the former in which the machine, a vibration source, is mounted on soft
mounts to approximate free suspension. The blocked forces are the forces the operating machine would
exert when constrained by a perfectly rigid foundation. They can potentially be measured directly by
inserting force transducers in between the operating machine and a rigid foundation. However, this
document describes an indirect method for measurement of blocked forces using an inverse method.
Whereas the measurement of free velocity requires the source to be resiliently mounted and direct
measurement of blocked forces requires the machine mounts to be blocked, the indirect measurement,
as defined in this document, can theoretically be carried out with the source attached to any receiver
structure. Essentially the same measurement techniques are used in the diagnosis of structure-borne
sound using "transfer path analysis" (TPA), also called "source path contribution" analysis (SPC).
A method of characterizing sources of structure-borne sound and vibration by the indirect measurement
of blocked forces at the points of connection to supporting, or receiver, structures is described in this
document. The measurement method is applied in situ, which means that the source is connected to a
receiver structure while the measurements are performed. In theory, the use of any receiver structure
is valid provided the vibration source mechanisms of the specimen remain representative of those in a
real installation. Therefore, the receiver structure can be part of a real installation, such as a machine
foundation or a building, but can also be a specially designed test stand if it provides representative
dynamic loading for the source.
The method specifies a two-stage measurement procedure comprising, first, a passive test in which
frequency response functions (FRF) of the assembled source-receiver structure are measured, and
secondly, measurement of vibration in an operational test. The blocked forces are obtained by solving
the inverse problem. It i
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20270
Première édition
2019-11
Acoustique — Caractérisation des
sources de bruit solidien et de
vibrations — Mesurage indirect des
forces bloquées
Acoustics — Characterization of sources of structure-borne sound and
vibration — Indirect measurement of blocked forces
Numéro de référence
©
ISO 2019
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Sélection des degrés de liberté (DDL) . 6
4.1 Généralités . 6
4.2 Interface source-récepteur . 7
4.3 DDL de contact . 7
4.4 DDL d’indicateur . 8
4.4.1 Généralités . 8
4.4.2 Tous les DDL d’indicateur au niveau de la surface de contact . 8
4.4.3 Aucun DDL d’indicateur au niveau de la surface de contact . 8
4.4.4 Certains DDL d’indicateur au niveau de la surface de contact . 8
4.5 DDL de validation . 8
5 Montage d’essai . 9
5.1 Généralités . 9
5.2 Représentativité du récepteur . 9
5.3 Conception du récepteur d’essai . 9
5.4 Éviter les sources de bruit secondaires .10
6 Appareillage de mesure .10
6.1 Généralités .10
6.2 Analyseur multicanal .10
6.3 Capteurs de vibrations .10
6.4 Moyens d’excitation .11
7 Mode opératoire d’essai.11
7.1 Généralités .11
7.2 Essai en fonctionnement .13
7.3 Essai de fonction de réponse en fréquence (FRF) .13
7.3.1 Généralités .13
7.3.2 Mesurage direct des FRF .13
7.3.3 Mesurage inverse des FRF .13
7.4 Essai préliminaire avec une excitation artificielle .14
8 Procédure d’analyse .14
9 Incertitudes et validation .15
9.1 Généralités .15
9.2 Auto-validation .16
9.3 Validation préliminaire en utilisant une excitation artificielle .16
10 Rapport d’essai .17
Annexe A (informative) Exemple de rapport d’essai: entraînement électrique de l’essieu
arrière d’une voiture particulière; analyse des voies de transfert (TPA) et
estimation des forces bloquées in situ conformément à l’ISO 20270:2019 .18
Annexe B (informative) Essais de la validité des données de mesure .25
Annexe C (informative) Études de cas .27
Annexe D (informative) Critères de sélection des DDL d’indicateur et de validation .32
Annexe E (informative) Prévision du bruit et des vibrations .37
Bibliographie .39
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
Introduction
Le présent document a été élaboré en réponse à la demande des industries mécaniques pour une
méthode agréée de spécification de la «force» des sources de bruit solidien et de vibrations. Les
grandeurs qui caractérisent indépendamment une source sont la vitesse libre et la force bloquée:
[2]
l’ISO 9611 spécifie un mode opératoire de mesurage de la vitesse libre dans lequel la machine, source
de vibrations, est montée sur des supports souples pour approcher une condition de suspension libre.
Les forces bloquées sont les forces que la machine en service exercerait si elle était contrainte par une
structure réceptrice parfaitement rigide. Elles peuvent potentiellement être mesurées directement en
insérant des capteurs de force entre la machine en service et un support rigide. Cependant, le présent
document décrit une méthode indirecte de mesurage des forces bloquées utilisant une méthode inverse.
Alors que le mesurage de la vitesse libre exige que le montage de la source soit souple et que le mesurage
direct des forces bloquées exige que les supports de la machine soient bloqués, le mesurage indirect, tel
que défini dans le présent document, peut théoriquement être réalisé avec la source fixée à n’importe
quelle structure réceptrice. Des techniques de mesure sensiblement identiques sont employées pour le
diagnostic du bruit solidien en utilisant une «analyse des voies de transfert» (TPA), également appelée
analyse de la «contribution des voies de transfert de la source» (SPC).
Une méthode de caractérisation des sources de bruit solidien et de vibrations par le mesurage indirect
des forces bloquées aux points de connexion aux structures supports ou réceptrices, est décrite dans le
présent document. La méthode de mesure est appliquée in situ, c’est-à-dire que la source est connectée
à une structure réceptrice pendant la réalisation des mesurages. En théorie, l’utilisation de toute
structure réceptrice est valable à condition que les mécanismes de la source de vibrations du spécimen
restent représentatifs de ceux de l’installation réelle. Par conséquent, la structure réceptrice peut faire
partie d’une installation réelle, telle que le socle d’une machine ou la fondation d’un bâtiment, mais peut
aussi être un banc d’essai c
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.