ISO 20283-3:2006
(Main)Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships — Part 3: Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships — Part 3: Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment
ISO 20283-3:2006 gives guidelines, requirements and procedures for the measurement of vibration generated by types of shipboard equipment, and which can be transmitted into a ship structure as structure-borne sound, as part of the factory acceptance test (FAT) of the equipment unit. It specifies the measurements to be conducted for well-defined operating and mounting conditions of the unit, e.g. in the supplier's test rig. It provides a framework for providing representative test results. It is applicable to shipboard equipment intended for passenger ships, merchant ships, yachts and high-speed craft.
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord des navires — Partie 3: Mesurage des vibrations des équipements de bord avant leur installation
L'ISO 20283-3:2006 fournit des lignes directrices et spécifie les exigences et modes opératoires relatifs au mesurage des vibrations, induites par les différents types d'équipements présents à bord des navires et pouvant être transmises à la structure du navire sous forme de bruit solidien, dans le cadre d'un essai d'acceptation en usine (FAT) de l'équipement. Elle spécifie également les mesures à effectuer dans des conditions de montage et de fonctionnement bien définies de l'équipement (sur le banc d'essai du fournisseur, par exemple).
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20283-3
First edition
2006-04-01
Mechanical vibration — Measurement
of vibration on ships —
Part 3:
Pre-installation vibration measurement
of shipboard equipment
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord des
navires —
Partie 3: Mesurage des vibrations des équipements de bord avant leur
installation
Reference number
ISO 20283-3:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 20283-3:2006(E)
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ISO 20283-3:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Measurement requirements and procedures. 4
4.1 General. 4
4.2 Measurement point locations . 5
4.3 Transducer orientation and mounting. 5
4.4 Measurement frequency resolution. 5
4.5 Calibration . 6
4.6 Ambient vibration and its influence. 6
4.7 Test system . 6
4.8 Equipment operating conditions. 9
5 Data evaluation . 10
6 Test report . 10
Annex A (informative) Typical configurations of generating sets . 11
Annex B (informative) Typical configurations of test systems . 13
Bibliography . 23
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ISO 20283-3:2006(E)
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 20283-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock,
Subcommittee SC 2, Measurement and evaluation of mechanical vibration and shock as applied to machines,
vehicles and structures.
ISO 20283 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Measurement of
vibration on ships:
⎯ Part 3: Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment
The following parts are under preparation:
⎯ Part 2: Measurement of structural vibration on ships
General guidelines and measurement and evaluation of ship propulsion machinery vibration are to form the
subjects of future parts 1 and 4.
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ISO 20283-3:2006(E)
Introduction
Operating machinery and equipment aboard ships can create vibration and excessive structure-borne sound.
As a result, the limits for sound pressure levels specified by contracting partners for spaces occupied by crew
and passengers may be exceeded. Where it is anticipated that structure-borne sound from machinery can
adversely affect occupied spaces, this part of ISO 20283 can be applied with the aim of selecting low-vibration
machinery.
Measurement of the vibration of individual equipment units, conducted according to standardized procedures
and compared with contractually agreed-on acceptance criteria, will provide the requisite information to the
shipbuilder for the proper selection and installation of the equipment.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20283-3:2006(E)
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships —
Part 3:
Pre-installation vibration measurement of shipboard equipment
1 Scope
This part of ISO 20283 gives guidelines, requirements and procedures for the measurement of vibration
generated by types of shipboard equipment, and which can be transmitted into a ship structure as structure-
borne sound, as part of the factory acceptance test (FAT) of the equipment unit. It specifies the
measurements to be conducted for well-defined operating and mounting conditions of the unit, e.g. in the
supplier’s test rig.
This part of ISO 20283 is a framework for providing representative test results. It is applicable to shipboard
equipment intended for passenger ships, merchant ships, yachts and high-speed craft.
This part of ISO 20283 is concerned with translational vibration, since rotational vibration is not considered to
be a substantial contributor to structure-borne sound. However, it does not provide numerical limits for
equipment vibration or transmitted structure-borne sound.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 31-7, Quantities and units — Part 7: Acoustics
ISO 1683, Acoustics — Preferred reference quantities for acoustic levels
ISO 2041, Vibration and shock — Vocabulary
ISO 5348, Mechanical vibration and shock — Mechanical mounting of accelerometers
ISO/TR 13298, Ships and marine technology — Vocabulary of general terms
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 31-7, ISO 2041, ISO/TR 13298 and
the following apply.
3.1
equipment
any machine, system, subsystem or part thereof which causes vibration and is intended to be installed aboard
ships
EXAMPLE 1 Main propulsion plant: diesel engine, gas turbine, main reduction gear, electric propulsion motor.
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ISO 20283-3:2006(E)
EXAMPLE 2 Mechanical ventilation as well as heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) system: air supply and
exhaust fans, air-conditioning units, air-conditioning water cooling units, fresh water pumps, etc.
EXAMPLE 3 Auxiliary equipment: diesel engine or gas turbine driven generators, hydraulic plants, electric motors, etc.
NOTE Excluded are pumps directly fitted to reduction gears, diesel engines, etc., fans directly fitted to electric
propulsion motors, generators, electric motors, etc., and any other auxiliary equipment attached to larger units that are
subject to the pre-testing procedure.
3.2
resilient mount
device with elastic properties used to reduce transmission of structure-borne vibration
NOTE This is typically a shaped block of rubber or similar elastic material used at discrete locations at the
component attachment point(s) for the purpose of supporting the component and providing vibration isolation between the
component and the support foundation or structure. Use of these devices approximates a practically free condition
(3.12) within a broad frequency range.
3.3
compound mount
double-resilient mount
three-element system consisting of an intermediate mass, the amount of which is comparable to that of the
mounted equipment contained between two sets of resilient elements
NOTE Compound mounts are used to achieve greater vibration attenuation than is available with the use of simple
resilient mounts. The isolated equipment is supported by the three-element system.
3.4
rigidly mounted equipment
equipment which is solidly attached to the support structure
3.5
support structure
mechanical structure of various types upon which equipment is installed
3.5.1
mounting fixture
support structure mainly intended to be used for rigidly mounted equipment with relatively light framework or
structure for the purpose of vibration testing, and which is used above resilient mounts
EXAMPLE Common base frame.
NOTE The fixture can also be used for resiliently mounted equipment for the purpose of vibration testing.
3.5.2
foundation
support structure which is used below the resilient mounts and which may or may not resemble the ship
structure
3.5.3
subbase
bedplate
support structure required for shipboard installation and which is necessary to hold down one or more
components within alignment
3.5.4
testbed
support structure normally consisting of a massive and reinforced concrete structure to which the entire
assembly of equipment, mounts and support structures is attached
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ISO 20283-3:2006(E)
3.6
test frequency range
range of one-third-octave band mid-frequencies between 10 Hz and 10 kHz
NOTE Depending on the equipment being tested, it may be reasonable to modify the frequency range, as agreed on
by the purchaser and supplier.
3.7
structure-borne sound
mechanical vibration in solid structures, generated within the test frequency range by a vibratory source
NOTE 1 Main engines, auxiliary machinery can be structure-borne sound sources.
NOTE 2 In the frequency range above 16 Hz, structure-borne sound can be audible.
3.8
acceleration level
L
a
measure of vibration acceleration given by
2
a
L = 10 lg dB (1)
a
2
a
0
where
2
a is the r.m.s. value of the measured acceleration, m/s , and
–6 2
a is the acceleration reference value according to ISO 1683, where a = 10 m/s
0 0
–6 2
NOTE When stating a level it is mandatory to always indicate the reference value, i.e. dB re 10 m/s .
3.9
velocity level
L
v
measure of vibration velocity given by
2
v
L = 10 lg dB (2)
v
2
v
0
where
v is the r.m.s. value of the measured velocity, in metres per second (m/s), and
–9
v is the velocity reference value according to ISO 1683, where v = 10 m/s
0 0
–9
NOTE When stating a level it is mandatory to always indicate the reference value, i.e. dB re 10 m/s.
3.10
impedance
Z
complex ratio of the excitation force, F, to the velocity, v, taken at the same point in a mechanical system
during simple harmonic motion
Z = F/v (3)
NOTE 1 The unit of impedance is N⋅s/m. See ISO 2041 for more details on impedance.
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ISO 20283-3:2006(E)
NOTE 2 The knowledge of the impedance or mobility (3.11) of the foundation is necessary in the case of rigidly
mounted equipment under test.
3.11
mobility
M
complex ratio of the velocity, v, to the excitation force taken at the same point in a mechanical system during
simple harmonic motion
M = v/F (4)
NOTE 1 The unit of mobility is m/(N·s). See ISO 2041 for more details on mobility.
NOTE 2 The knowledge of the mobility or impedance (3.10) of the foundation is necessary in the case of rigidly
mounted equipment under test.
3.12
practically free condition
mounting configuration whereby the equipment throughout a large part of, or the entire, test frequency range
can be considered to be freely suspended
NOTE 1 This is achieved by the use of very soft springs (resilient mounts) arranged between the attachment points of
the equipment and the support structure. The loaded first vertical tuning frequency of the mounted equipment should not
exceed about 10 Hz or be sufficiently below the lowest forcing frequency of the equipment. The loaded first vertical tuning
frequency is the root of the ratio of the mount stiffness to the mass of the equipment and support structure above mounts,
divided by 2π. For equipment with a mass of 100 kg or less, stiffer mounts may be used, provided the loaded first vertical
tuning frequency does not exceed 15 Hz, and the local static stiffness of any foundation should be at least ten times higher
than the dynamic stiffness of the mounts. The complete assembly, including equipment, support structure, resilient mounts
and any foundation, should be supported on a rigid and massive testbed. Massive and rigid means that the test set-up is
effectively isolated from disturbing vibration in the surroundings, i.e. above about 7 Hz.
NOTE 2 The purchaser and supplier might need to agree on alternative means and test requirements to prevent or
account for interference due to limitations of the test site.
3.13
insertion loss
loss resulting from insertion of an element in a transmission system, being the ratio of the power delivered to
that part of the system following the element, before the element's insertion, to the power delivered to the
same part of the system after the element's insertion
4 Measurement requirements and procedures
4.1 General
The purchaser and supplier shall agree on the individual equipment to be tested; they may also agree on
limits for equipment vibration or possible structure-borne sound (see Clause 5). It is necessary that both the
purchaser and supplier agree on the scope of the tests (measuring positions, operating conditions, etc.)
before conducting the tests to avoid misunderstanding. Unless the purchaser and supplier agree on other
conditions, the measurements required by this part of ISO 20283 shall be vibration acceleration normally
made during steady-state operating conditions of the equipment under test (see 4.8). For certain equipment,
measurements during transient operating conditions and transient measurement techniques may be agreed
on by the purchaser and supplier.
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ISO 20283-3:2006(E)
The vibration measurements on the attachment points of a machine or other equipment under practically free
conditions are taken as a structure-borne sound source which the shipbuilder may then apply in conjunction
with the impedances of the actual mounts (if mounts are being used in the installation) and the actual
foundation aboard ship to predict the structure-borne sound from the equipment unit. The practically free
condition for the test is achieved by the use of soft mounts below the attachment points (see Note in 3.2)
which are instrumented for measurement. There may be occasion when the actual mounts and/or bedplate
are delivered with the unit (see 4.2 and 4.7).
4.2 Measurement point locations
Measurements shall be made on the feet for both simply and compound-mounted equipment which include
feet, or at the base of the equipment unit. Measurements shall be made above all mounts and isolators, i.e. on
the feet or base of the unit under test, for both simply and compound-mounted equipment.
Measurement points on valves shall be on all the outlet flanges or nozzles and any other structural
connections, except the inlets.
The purchaser and supplier shall agree on measurement locations for equipment which does not have well
defined points of attachment (see also 4.7.1).
NOTE The purchaser and supplier could agree to refer to ISO 9611 for more detailed description of transducer
locations. However, ISO 9611 contains requirements more suited for laboratory investigations, including measurements of
rotational vibration, which are not considered in this part of ISO 20283 to be substantial contributors to structure-borne
sound.
4.3 Transducer orientation and mounting
Measurements shall be made at the specified locations agreed on by the purchaser and supplier (see 4.2) in
three orthogonal directions, one of which shall be vertical. For valves, measurements in two directions are
required, perpendicular and parallel to the flow on all outlet flanges or nozzles.
NOTE The supplier’s experience could be sufficient justification for reducing the number of measurements
considerably, e.g. limiting to only vertical vibration. However, this needs to have the purchaser’s concurrence.
Transducers shall be mounted in accordance with ISO 5348 or with the accelerometer manufacturer’s
instructions, preferably by screwing to an adaptor plate cemented to the equipment unit. Because the method
of mounting strongly limits the upper frequency of measurement, magnetic, beeswax, adhesive tape or hand-
held mounting methods shall not be used, except in instances where otherwise inaccessible or in the need of
efficiency.
4.4 Measurement frequency resolution
4.4.1 General
One-third-octave band measurements in accordance with 4.4.2 shall be made at the locations specified in 4.2.
Narrow-band measurements in accordance with 4.4.3 may be made, if agreed on by the purchaser and
supplier, for purposes of diagnostics.
4.4.2 One-third-octave band measurements
One-third-octave band acceleration levels L (or velocity levels L depending on the agreement between the
a v
supplier and purchaser) shall be measured for the ambient (non-operating) conditions and the conditions
specified in 4.8 over the test frequency range with centre frequencies of 10 Hz to 10 kHz or a range agreed on
between the supplier and purchaser.
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ISO 20283-3:2006(E)
4.4.3 Narrow-band measurements
Narrow-band acceleration levels L may be measured with a constant-absolute or a constant-relative
a
bandwidth analyser. The frequency range and analysis bandwidth should be selected according to the
vibratory behaviour of the equipment (resonances, main working frequencies and their harmonics) and agreed
on by the purchaser and supplier. The constant-absolute bandwidth should not be greater than ∆f = 2,5 Hz,
the constant-relative bandwidth should not be greater than 1/24 octave.
4.5 Calibration
4.5.1 Laboratory calibration
Calibration of vibration transducers may be performed by any appropriate method specified in ISO 5347 or
ISO 16063 within 2 years before each use. Unless otherwise agreed on by the purchaser and supplier,
calibration of each channel of the entire vibration measurement system shall be made at a minimum of two
frequencies: one at the low end of the frequency range (e.g. 160 Hz); the other at the high end of the
frequency range (e.g. 6,3 kHz). Calibration shall be made at voltages equal to those of the transducer output,
–6 2
corresponding e.g. to 90 dB, 110 dB, 130 dB and 150 dB (re 10 m/s ) for accelerometers, to verify
amplitude linearity.
4.5.2 Field check
The entire vibration measurement system, including the transducer(s), shall be checked at a minimum of one
frequency point, using an accelerometer calibrator, at the beginning of each day and at the end of the
equipment measurements. Field checks should be accurate within 2 dB.
4.6 Ambient vibration and its influence
Ambient vibration levels should be 10 dB below the vibration levels with the equipment operating, unless
otherwise agreed on by the purchaser and supplier. Corrective measures may be taken to reduce the effect of
ambient vibration on the equipment vibration to be measured. Measured levels of equipment vibration shall
not be adjusted to account for the effects of ambient vibration.
If ambient vibration cannot be excluded, e.g. the vibration is generated by the test system or by the schedule
of measurements (out of working time), a narrow-band analysis of the ambient vibration and the vibration of
the equipment in operation might allow a separation of ambient vibration from equipment vibration. In these
cases, the vibration level shall be corrected.
4.7 Test system
4.7.1 Mounting of equipment
Equipment is installed aboard ships in a variety of ways, the most common of which are
a) rigidly mounted to foundation,
b) rigidly mounted to a bedplate, which in turn is mounted
⎯ rigidly to foundation, or
⎯ resiliently to foundation,
c) resiliently mounted to foundation, and
d) resiliently mounted to a bedplate, which in turn is mounted
⎯ rigidly to foundation, or
⎯ resiliently to foundation.
6 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 20283-3:2006(E)
Equipment delivered to the test site may include some or all of the mounting components to be used aboard
ship.
However, the approach to characterizing the vibratory source strength of an equipment unit by measurement
of its vibration requires that the equipment be supported with free boundary conditions, or as close as possible
to those conditions, by the use of resilient mounts (see 3.12). In some cases, this may not be possible, e.g.
when a machine is rigidly mounted to a bedplate or fixture because direct resilient mounting is not feasible. In
this case, see 4.7.2.3 and 4.7.2.4.
NOTE 1 Diesel engine driven generator sets pose a special consideration. As illustrated in Annex A, there are several
schemes for the mounting and connection of the generator and driver. In cases where one or both of the components are
resiliently mounted to a common subbase, a flexible shaft coupling is required (see Figures A.2 and A.4). There are also
sets where both units are rigidly mounted to the foundation, so that no flexible coupling is incorporated into the design (see
Figures A.1 and A.3). In this case resilient mountings for the separate components cannot be used because of alignment,
so that a bedplate (subbase) to which the units are rigidly mounted is necessary for the tests. In fact, this bedplate is
usually part of the delivered system. The measurements are then made on the units at the points of attachment to the
bedplate. Where the driver is resiliently mounted (which is part of the installed system) and the generator rigidly mounted
(see Figure A.4), measurements for the driver are taken on the bedplate below the mounts, while those for the generator
are taken on the generator at the attachment points.
Equipment is to be oriented in its normal shipboard-installed position and resiliently mounted, regardless of
how it is mounted aboard ship. When the equipment is resiliently mounted aboard ship, the resilient mounts
and, where possible, the support structure used in the test shall be the same as those used in the shipboard
installation. However, gear boxes and heavy propulsion engines, e.g. two-stroke diesel engines, are in general
mounted rigidly to the testbed.
NOTE 2 In special cases, resilient mounting of gear boxes and heavy propulsion engines is desirable.
When testing, the entire assembly is mounted on the testbed. Actual systems encountered in practice,
whether onboard ship or in a test rig at the plant, can deviate from uniform ideal configurations. For that
reason, Annex B presents typical test system configurations for meeting the requirements of this part of
ISO 20283.
The test system shall be designed to ensure that vibration generated by the support does not contaminate the
measurements. If contamination cannot be avoided, this effect shall be considered in the final test results. To
avoid contamination, the impedance of the support structure should be similar to the shipboard foundation. If
this is not the case, corrections may be made (see 4.7.3).
For equipment delivered with mounts, the purchaser and supplier may agree on having additional
measurements taken at below-mount locations on the testbed or foundation, on a sufficiently stiff part of the
support structure as close as possible to the attachment points. In this case, impedance measurements need
to be taken at these measurement points.
4.7.2 Support structures
4.7.2.1 General
Support structures (according to 4.7.2.2 to 4.7.2.4) should have no fixed-base natural frequencies near the
fundamental rotational or other primary forcing frequencies of the equipment under test to avoid resonances
that can increase measured vibration levels. The local static stiffness of any foundation should be at least ten
times greater than the dynamic stiffness of the mounts.
In the case where it is agreed that the equipment be mounted rigidly, the vibratory response properties of the
foundation or the bedplate at the points of attachment shall be described by the impedance or mobility of the
foundation or bedplate in the frequency range up to about 1 kHz.
For resiliently mounted equipment, the impedance or mobility of any support structure needs to be measured
only if there is a contractual agreement for additional measurements below the elastic mounts of the
equipment.
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ISO 20283-3:2006(E)
4.7.2.2 Testbed
The complete assembly, including equipment, support structure, resilient mounts and any foundation, should
be supported on a rigid and massive testbed. The testbed can be rigidly or resiliently mounted with a vertical
tuning frequency of up to about 5 Hz.
4.7.2.3 Subbase, bedplate
The bedplate structure shall be resiliently mounted (vertical tuning frequency of up to about 5 Hz) on the
foundation only in the case that the testbed is rigidly mounted. Exception shall be made in the case of
gearboxes and heavy propulsion engines that are to be rigidly mounted on the foundation (see also 4.7.1).
In the case of resiliently mounted equipment, a common subbase may consist of steel girders below the
mounting of the equipment. The common subbase shall be firmly attached to the foundation or testbed. The
impedance or mobility of this foundation needs to be measured only if there is a contractual agreement for
additional measurements below elastic mounts of the equipment.
4.7.2.4 Mounting fixture
Equipment consisting of units with relatively light framework or structure (e.g. controllers, control cubicles,
non-rotating or non-reciprocating equipment) and which are rigidly mounted aboard ship may be tested while
rigidly mounted to a resiliently mounted facility, i.e. the mounting fixture. The fixture is resiliently mounted on
top of the foundation instead of the subbase (see also Note 1 in 3.12). Such items s
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20283-3
Première édition
2006-04-01
Vibrations mécaniques — Mesurage
des vibrations à bord des navires —
Partie 3:
Mesurage des vibrations des
équipements de bord avant leur
installation
Mechanical vibration — Measurement of vibration on ships —
Part 3: Pre-installation vibration measurement of shipboard
equipment
Numéro de référence
ISO 20283-3:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 20283-3:2006(F)
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ISO 20283-3:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Exigences et modes opératoires de mesurage.5
4.1 Généralités .5
4.2 Emplacements des points de mesurage.5
4.3 Montage et orientation des transducteurs.5
4.4 Résolution fréquentielle des mesurages .6
4.5 Étalonnage .6
4.6 Nature et impact des vibrations ambiantes.6
4.7 Système d'essai.7
4.8 Conditions de fonctionnement de l'équipement.10
5 Évaluation des données .10
6 Rapport d'essai.11
Annexe A (informative) Configurations types des groupes électrogènes.12
Annexe B (informative) Configurations types des systèmes d'essai.14
Bibliographie.24
© ISO 2006 – Tous droits réservés
iii
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ISO 20283-3:2006(F)
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 appelée 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 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'OMC concernant les
obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l'élaboration du présent document est l'ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques, et
leur surveillance, sous-comité SC 2, Mesure et évaluation des vibrations et chocs mécaniques intéressant les
machines, les véhicules et les structures.
L'ISO 20283 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécaniques —
Mesurage des vibrations à bord des navires :
⎯ Partie 3 : Mesurage des vibrations des équipements de bord avant leur installation
Les parties suivantes sont en préparation :
⎯ Partie 2 : Mesurage des vibrations structurelles à bord des navires
Les lignes directrices générales ainsi que le mesurage et l'évaluation des vibrations des machines de
propulsion des navires feront l'objet des parties 1 et 4 à venir.
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ISO 20283-3:2006(F)
Introduction
Les machines et équipements en fonctionnement à bord des navires génèrent des vibrations et des bruits
solidiens excessifs. Par conséquent, les niveaux de pression acoustique dans les espaces occupés par
l'équipage et les passagers risquent de dépasser les limites spécifiées par les contractants. Là où le bruit
solidien des machines est susceptible d'affecter les espaces occupés, la présente partie de la norme
ISO 20283 pourra être appliquée dans le but de choisir des machines à faible niveau de vibrations.
Le mesurage des vibrations des équipements individuels, réalisé selon des modes opératoires normalisés et
comparé aux critères d'acceptation contractuellement définis, fournira au constructeur les informations
requises pour choisir et installer correctement l'équipement étudié.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20283-3:2006(F)
Vibrations mécaniques — Mesurage des vibrations à bord des
navires — Partie 3: Mesurage des vibrations des équipements
de bord avant leur installation
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 20283 fournit des lignes directrices et spécifie les exigences et modes opératoires
relatifs au mesurage des vibrations, induites par les différents types d'équipements présents à bord des
navires et pouvant être transmises à la structure du navire sous forme de bruit solidien, dans le cadre d’un
essai d’acceptation en usine (FAT) de l'équipement. Elle spécifie également les mesures à effectuer dans des
conditions de montage et de fonctionnement bien définies de l'équipement (sur le banc d'essai du fournisseur,
par exemple).
La présente partie de l'ISO 20283 définit un cadre de travail destiné à fournir des résultats d'essais
représentatifs. Elle s'applique aux équipements prévus à bord des navires à passagers, des navires
marchands, des yachts et des embarcations à grande vitesse.
La présente partie de l'ISO 20283 traite des vibrations en translation car l'impact des vibrations en rotation est
peu significatif. Toutefois, elle ne spécifie aucune limite numérique pour les vibrations des équipements ou le
bruit solidien transmis.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 31-7, Grandeurs et unités — Partie 7 : Acoustique.
ISO 1683, Acoustique — Valeurs de référence recommandées pour les niveaux acoustiques et vibratoires.
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire.
ISO 5348, Vibrations et chocs mécaniques — Fixation mécanique des accéléromètres.
ISO/TR 13298, Ships and marine technology — Vocabulary of general terms.
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans les ISO 31-7, ISO 2041, et
ISO/TR 13298 ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
équipement
machine, système, sous-système ou partie de ceux-ci produisant des vibrations et destiné à être installé à
bord des navires
EXEMPLE 1 Système de propulsion principal : moteur diesel, turbine à gaz, réducteur principal, moteur à propulsion
électrique.
EXEMPLE 2 Ventilation mécanique et système de chauffage, ventilation et climatisation (HVAC) : ventilation pour
l’alimentation et l’extraction d’air, groupes de climatisation, groupes de climatisation et de refroidissement par eau,
pompes à eau douce, etc.
EXEMPLE 3 Équipement auxiliaire : générateur entraîné par un moteur diesel ou une turbine à gaz, installations
hydrauliques, moteurs électriques, etc.
NOTE Sont exclus les pompes directement montées sur les réducteurs, les moteurs diesel, etc., les ventilateurs
directement montés sur les moteurs à propulsion électrique, les générateurs, les moteurs électriques, etc., et tout autre
équipement auxiliaire fixé sur des unités de plus grande taille soumises à des essais préalables.
3.2
support élastique
dispositif dont les propriétés élastiques sont utilisées pour réduire la transmission des vibrations de structure
NOTE Ce support est généralement un bloc façonné à base de caoutchouc ou d'un matériau élastique similaire,
placé aux emplacements précis au niveau du (des) point(s) de fixation du composant afin d'assurer son support et
l’isolement aux vibrations entre le composant et la fondation ou la structure portante. L'utilisation de ces dispositifs permet
de se rapprocher d’une condition libre (3.12) sur une large plage de fréquences.
3.3
support composite
support élastique double
système à trois éléments constitué d'une masse intermédiaire dont la grandeur est comparable à celle de
l'équipement monté, intercalée entre deux ensembles d'éléments élastiques
NOTE Les supports composites permettent d'obtenir une meilleure atténuation des vibrations que celle obtenue avec
des supports élastiques simples. L'équipement isolé est soutenu par le système à trois éléments.
3.4
équipement fixé rigidement
équipement fixé solidement à la structure portante
3.5
structure portante
structure mécanique de types divers sur laquelle est installé l'équipement
3.5.1
dispositif de fixation
structure portante utilisée au-dessus des supports élastiques et principalement destinée aux essais de
vibrations pour des équipements fixés rigidement avec une structure ou un châssis relativement léger
EXEMPLE Châssis de base commun.
NOTE Le dispositif de fixation peut également être utilisé pour les essais de vibrations des équipements à montage
élastique.
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3.5.2
fondation
structure portante utilisée sous les supports élastiques et pouvant ou non s'apparenter à la structure du navire
3.5.3
embase
plaque d'assise
structure portante requise pour l'installation de l'équipement de bord et servant à maintenir l'alignement d'un
ou plusieurs composants
3.5.4
banc d'essai
structure portante généralement constituée d'une structure massive en béton armé sur laquelle sont fixés tous
les équipements, supports et autres structures portantes
3.6
plage de fréquences d'essai
plage d’une bande de fréquences de tiers d'octave dont la fréquence centrale est comprise entre 10 Hz et 10 kHz
NOTE Selon l'équipement soumis à essai, il peut être raisonnable de modifier la plage de fréquences, suivant les
termes de l'accord entre l'acheteur et le fournisseur.
3.7
bruit solidien (ou bruit de structure)
vibration mécanique dans une structure solide, générée par une source vibratoire sur la plage de fréquences
d'essai
NOTE 1 Les moteurs principaux et les machines auxiliaires peuvent être des sources de bruit solidien.
NOTE 2 Le bruit solidien peut être audible sur la plage des fréquences supérieures à 16 Hz.
3.8
niveau d'accélération
L
a
mesure de l'accélération des vibrations donnée par :
2
a
L = 10 lg dB (1)
a
2
a
0
où
2
a est la valeur efficace de l'accélération mesurée, en m/s ; et
–6 2
a est la valeur de référence de l'accélération conformément à l'ISO 1683, où a = 10 m/s .
0 0
NOTE Lors de la déclaration d'un niveau, il est impératif d'indiquer une valeur de référence, c'est-à-dire exprimée en
–6 2
dB re 10 m/s .
3.9
niveau de vitesse
L
v
mesure de la vitesse des vibrations donnée par :
2
v
L = 10 lg dB (2)
v
2
v
0
où
v est la valeur efficace de la vitesse mesurée, en mètres par seconde (m/s) ; et
-9
v est la valeur de référence de la vitesse conformément à l'ISO 1683, où v = 10 m/s.
0 0
NOTE Lors de la déclaration d'un niveau, il est impératif d'indiquer une valeur de référence, c'est-à-dire exprimée
-9
dB re 10 m/s.
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3.10
impédance
Z
rapport complexe de la force d'excitation, F, sur la vitesse, v, prise au même point dans un système
mécanique pendant une oscillation harmonique simple
Z = F/v (3)
NOTE 1 L'unité d'impédance est N⋅s/m. Voir l'ISO 2041 pour plus de détails sur l'impédance.
NOTE 2 La connaissance de l'impédance ou de la mobilité (3.11) de la fondation est nécessaire dans le cas d'un
essai sur un équipement fixé rigidement.
3.11
mobilité
M
rapport complexe de la vitesse, v, sur la force d'excitation, F, prise au même point dans un système
mécanique pendant une oscillation harmonique simple
M = v/F (4)
NOTE 1 L'unité de mobilité est m/(N·s). Voir l'ISO 2041 pour plus de détails sur la mobilité.
NOTE 2 La connaissance de la mobilité ou de l'impédance (3.10) de la fondation est nécessaire dans le cas d'un
essai sur un équipement fixé rigidement.
3.12
condition libre
configuration de montage dans laquelle l'équipement peut être considéré comme étant librement suspendu
sur tout ou partie de la plage de fréquences d'essai
NOTE 1 Cet état s'obtient en positionnant des ressorts très souples (supports élastiques) entre les points de fixation de
l'équipement et la structure portante. Il convient que la première fréquence d'accord sous une charge verticale de
l'équipement monté ne dépasse pas 10 Hz environ ou soit suffisamment en-dessous de la plus basse fréquence de
résonance forcée de l'équipement. La première fréquence d'accord sous une charge verticale est la racine du rapport de
la raideur des supports sur la masse de l'équipement et de la structure portante au-dessus des supports, divisée par 2π.
Pour un équipement de masse inférieure ou égale à 100 kg, des supports plus rigides peuvent être utilisés, à condition
que la première fréquence d'accord sous une charge verticale ne dépasse pas 15 Hz, et il convient que la rigidité statique
locale soit au moins de dix fois supérieure à la rigidité dynamique des supports. Il convient de soutenir l'ensemble
(équipement, structure portante, supports élastiques et fondation inclus) au moyen d'un banc d'essai massif et rigide. Un
banc d'essai massif et rigide sous-entend qu'il est efficacement protégé contre les vibrations parasites ambiantes, c'est-à-dire
supérieures à 7 Hz environ.
NOTE 2 L'acheteur et le fournisseur pourront être amenés à s'accorder sur d'autres moyens et exigences d'essai afin
d'éviter ou de tenir compte des interférences dues aux limites du site d'essai.
3.13
perte d'insertion
perte résultant de l'insertion d'un élément dans un système de transmission, correspondant au rapport de la
puissance fournie à la partie du système située en aval de l'élément, avant l'insertion de ce dernier, sur la
puissance fournie à cette partie du système après l'insertion de l'élément
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4 Exigences et modes opératoires de mesurage
4.1 Généralités
L'acheteur et le fournisseur doivent s'entendre sur les équipements individuels à soumettre à essai. Ils
peuvent également s'accorder sur les limites relatives aux vibrations de l'équipement ou à l'éventuel bruit
solidien (voir Article 5). Avant la réalisation des essais, il est nécessaire que l'acheteur et le fournisseur
s'accordent sur l'étendue de ces essais (positions de mesure, conditions de fonctionnement, etc.) afin d'éviter
tout malentendu. Sauf accord de l'acheteur et du fournisseur sur d'autres conditions, les mesurages requis
par la présente partie de l'ISO 20283 doivent porter sur l'accélération vibratoire de l'équipement soumis à
essai normalement générées en conditions de régime établi (voir 4.8). Pour certains équipements, l'acheteur
et le fournisseur peuvent également s'accordent sur les mesurages à effectuer en conditions de régime
transitoire, ainsi que sur les techniques de mesurage transitoire.
Les mesures des vibrations aux points de fixation d'une machine ou d'un autre équipement en condition libre
sont considérées comme une source de bruit solidien que le constructeur peut ensuite appliquer
conjointement aux impédances des supports réels (si ces supports sont utilisés dans l'installation) et de la
fondation réelle à bord du navire afin de prévoir le bruit solidien généré par l'équipement. Lors de l'essai, la
condition libre s'obtient en plaçant des supports souples aux points de fixation (voir Note en 3.2) qui sont
instrumentés pour le mesurage. Cette situation peut se présenter lorsque les supports réels et/ou la plaque
d'assise sont livrés avec l'équipement (voir 4.2 et 4.7).
4.2 Emplacements des points de mesurage
Les mesurages doivent être réalisés au niveau des pieds des équipements à support simple ou composite
(pieds inclus) ou à la base de l'équipement. Ils doivent être effectués au-dessus de tous les supports et
amortisseurs de vibrations, c'est-à-dire au niveau des pieds ou de la base de l'équipement à support simple
ou composite soumis à essai.
Les points de mesurage sur les vannes doivent se situer sur les brides ou buses de sortie et sur tout autre
raccord structurel, à l'exception des orifices d'entrée.
L'acheteur et le fournisseur doivent s'accorder sur les emplacements de mesurage des équipements qui ne
présentent pas de points de fixation bien définis (voir aussi 4.7.1).
NOTE L'acheteur et le fournisseur pourraient convenir de se reporter à l'ISO 9611 pour une description plus précise
des emplacements des transducteurs. Cependant, l'ISO 9611 contient des exigences plus adaptées aux études de
laboratoire, y compris les mesurages de vibrations rotationnelles dont l'effet sur le bruit solidien n'est pas considéré
comme fondamental dans la présente partie de l'ISO 20283.
4.3 Montage et orientation des transducteurs
Les mesurages doivent être réalisés aux emplacements spécifiés convenus entre l'acheteur et le fournisseur
(voir 4.2) dans trois directions orthogonales, dont l'une doit être la verticale. Pour les vannes, les mesurages
bidirectionnels requis doivent être effectués perpendiculairement et parallèlement à l'écoulement à travers les
brides ou buses de sortie.
NOTE L'expérience du fournisseur pourrait justifier une réduction notable du nombre de mesurages, par exemple en
les limitant uniquement aux vibrations verticales. Toutefois, cette décision doit être approuvée par l'acheteur.
Les transducteurs doivent être montés conformément à l'ISO 5348 ou aux indications du fabricant de
l'accéléromètre, de préférence en le vissant sur une plaque d'adaptation cimentée à l'équipement. La
méthode de fixation limitant fortement la fréquence de mesurage supérieure, les fixations magnétiques, à la
cire, au moyen de bande adhésive ou manuelles ne doivent pas être utilisées, sauf si l'accessibilité du
transducteur est impossible par toute autre méthode ou pour accroître l'efficacité du mesurage.
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4.4 Résolution fréquentielle des mesurages
4.4.1 Généralités
Les mesurages en bandes de tiers d'octave conformément à 4.4.2 doivent être effectués aux emplacements
indiqués en 4.2. Les mesurages en bandes fines conformément à 4.4.3 peuvent être réalisés à des fins de
diagnostic, en cas d'accord entre l'acheteur et le fournisseur.
4.4.2 Mesurages en bande de tiers d'octave
Les niveaux d'accélération en bande de tiers d'octave L (ou niveaux de vitesse L selon l'accord entre
a v
l'acheteur et le fournisseur) doivent être mesurés dans les conditions ambiantes (hors fonctionnement) et
dans les conditions spécifiées en 4.8 sur la plage de fréquences d'essai avec les fréquences centrales
comprises entre 10 Hz et 10 kHz, ou sur une plage convenue entre l'acheteur et le fournisseur.
4.4.3 Mesurages en bandes fines
Les niveaux d'accélération en bandes fines L peuvent être mesurés avec un analyseur à largeur de bande
a
constante absolue ou relative. Il convient de choisir la plage de fréquences et la largeur de bande d'analyse
en fonction du comportement vibratoire de l'équipement (résonances, principales fréquences de travail et
leurs harmoniques), après accord entre l'acheteur et le fournisseur. Il convient que la largeur de bande
constante absolue ne soit pas supérieure à Δf = 2,5 Hz, et que la largeur de bande constante relative ne soit
pas supérieure à 1/24 d'octave.
4.5 Étalonnage
4.5.1 Étalonnage en laboratoire
Les transducteurs de vibrations peuvent être étalonnés par toute méthode d'étalonnage appropriée spécifiée
dans l'ISO 5347 ou l'ISO 16063, dans la limite des 2 ans qui précèdent chaque utilisation. Sauf accord
contraire entre l'acheteur et le fournisseur, chaque voie du système complet de mesure de vibrations doit être
étalonnée à au moins deux fréquences respectivement situées aux limites inférieure (160 Hz, par exemple) et
supérieure (6,3 kHz, par exemple) de la plage de fréquences. L'étalonnage doit être effectué à des tensions
égales aux tensions de sortie du transducteur, correspondantes par exemple à 90 dB, 110 dB, 130 dB et
–6 2
150 dB (re 10 m/s ) pour les accéléromètres, afin de vérifier la linéarité de l'amplitude.
4.5.2 Vérification sur le terrain
Le système complet de mesure des vibrations, incluant le(s) transducteur(s), doit être vérifié à au moins une
fréquence, à l'aide d'un calibreur vibratoire, au début et à la fin de chaque journée de mesurage avec
l'équipement. Il convient que les vérifications sur le terrain offrent une précision de l'ordre de 2 dB.
4.6 Nature et impact des vibrations ambiantes
Il convient que les niveaux des vibrations ambiantes soient de 10 dB inférieurs aux niveaux de vibrations
générés par le fonctionnement de l'équipement, sauf accord contraire entre l'acheteur et le fournisseur. Des
mesures correctives peuvent être prises pour réduire l'effet des vibrations ambiantes sur les vibrations de
l'équipement à soumettre à essai. Les niveaux des vibrations de l'équipement mesurés ne doivent pas être
ajustés afin de tenir compte des effets des vibrations ambiantes.
S'il est impossible d'exclure les vibrations ambiantes, par exemple en cas de vibrations générées par le
système d'essai ou par le programme de mesurages (en dehors du temps de travail), une analyse en bandes
fines des vibrations ambiantes et des vibrations de l'équipement en fonctionnement pourrait permettre de
séparer les vibrations ambiantes de celles de l'équipement. Dans ces cas, le niveau des vibrations doit être
corrigé.
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4.7 Système d'essai
4.7.1 Fixation de l'équipement
L'équipement est installé à bord des navires de différentes façons, les méthodes les plus courantes étant :
a) une fixation rigide à une fondation ;
b) une fixation rigide à une plaque d'assise, elle-même fixée
⎯ de manière rigide à une fondation ; ou
⎯ de manière élastique à une fondation ;
c) une fixation élastique à une fondation ; et
d) une fixation élastique à une plaque d'assise, elle-même fixée
⎯ de manière rigide à une fondation ; ou
⎯ de manière élastique à une fondation.
L'équipement livré sur le site d'essai peut inclure certains ou tous les composants de fixation à utiliser à bord
du navire.
Cependant, la méthode de caractérisation de la résistance d'un équipement à une source vibratoire par le
mesurage de ses vibrations impose de soutenir cet équipement dans des conditions libres, ou aussi proches
que possible de ces conditions, en utilisant des supports élastiques (voir 3.12). Dans certains cas, ce
mesurage peut être impossible, par exemple lorsqu'une machine est rigidement fixée à une plaque d'assise
ou à un dispositif de fixation car le montage direct d’un support élastique n'est pas réalisable. Dans ce cas,
voir 4.7.2.3 et 4.7.2.4.
NOTE 1 Les groupes électrogènes à moteur diesel nécessitent une attention particulière. Comme illustré à l'Annexe A,
il existe plusieurs schémas de montage et de raccordement du générateur et du groupe moteur. Lorsque l'un ou les deux
composants sont élastiquement fixés à une embase commune, un accouplement d'arbres flexible est nécessaire (voir
Figures A.2 et A.4). Il existe également des groupes générateurs où les deux unités sont rigidement fixées à la fondation
et, de ce fait, aucun accouplement flexible n'est incorporé dans la conception (voir Figures A.1 et A.3). Dans ce cas, les
supports élastiques ne peuvent pas être utilisés pour les composants séparés pour une question d'alignement et il est
donc nécessaire de fixer solidement les équipements à une plaque d'assise (embase) pour les essais. En fait, cette
plaque d'assise fait généralement partie du système livré. Les mesurages sont ensuite effectués au niveau des points de
fixation des équipements à la plaque d'assise. Si le groupe moteur (qui fait partie du système installé) est fixé
élastiquement et que le générateur est fixé rigidement (voir Figure A.4), les mesurages au niveau du groupe moteur sont
effectués sur la plaque d'assise située sous les supports, alors que les mesurages au niveau du générateur sont réalisés
aux points de fixation du générateur.
L'équipement doit être orienté dans sa position normale d'installation à bord du navire et fixé élastiquement,
indépendamment de la façon dont il sera fixé à bord du navire. Lorsque l'équipement est fixé élastiquement à
bord du navire, les supports élastiques et, si possible, la structure portante utilisée dans l'essai doivent être
les mêmes que ceux utilisés dans l'installation à bord du navire. Cependant, les boîtes de vitesses et les
lourds moteurs à propulsion (moteurs diesel à deux temps, par exemple) sont généralement rigidement fixés
sur le banc d'essai.
NOTE 2 Dans certains cas particuliers, il est souhaitable de fixer les boîtes de vitesses et les lourds moteurs à
propulsion de manière élastique.
Lors des essais, tout l'ensemble est fixé sur le banc d'essai. Les systèmes réels rencontrés dans la pratique,
qu'ils soient à bord d'un navire ou sur un banc d'essai en usine, peuvent s'écarter des configurations idéales
uniformes. C'est la raison pour laquelle l'Annexe B présente des configurations types de système d'essai pour
satisfaire aux exigences de la présente partie de l'ISO 20283.
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Le système d'essai doit être conçu de manière à garantir que les vibrations générées par la
...
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