ISO 10846-4:2003
(Main)Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements — Part 4: Dynamic stiffness of elements other than resilient supports for translatory motion
Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements — Part 4: Dynamic stiffness of elements other than resilient supports for translatory motion
ISO 10846-4:2003 specifies two methods for determining the dynamic transfer stiffness for translations of resilient elements other than resilient supports. Examples are resilient bellows, shaft couplings, power supply cables, hoses and pipe hangers. Elements filled with liquids, such as oil or water, are excluded. The methods are applicable to resilient elements with flat flanges or flat clamp interfaces. It is not necessary that the flanges be parallel. The direct method can be applied in the frequency range from 1 Hz up to a frequency that is usually determined by the frame resonance of the test arrangement (typically 300 Hz for test rigs with dimensions of the order of 1 m). The indirect method covers a frequency range that is determined by the test set-up and the isolator under test. The range is typically from a lower frequency between 20 Hz and 50 Hz to an upper frequency between 2 kHz and 5 kHz. The data obtained according to the methods specified in ISO 10846-4:2003 can be used for product information provided by manufacturers and suppliers, information during product development, quality control, and calculation of the transfer of vibration through resilient elements.
Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des propriétés de transfert vibro-acoustique des éléments élastiques — Partie 4: Raideur dynamique en translation des éléments autres que les supports élastiques
L'ISO 10846-4:2003 spécifie deux méthodes pour déterminer la raideur de transfert dynamique en translation des éléments élastiques autres que les supports élastiques. Les soufflets élastiques, les accouplements d'arbres, les câbles d'alimentation, les tuyaux flexibles et les étriers de suspension sont des exemples de ce type d'éléments. Les éléments contenant des liquides, tels que l'huile ou l'eau, ne sont pas pris en compte. Les méthodes sont applicables aux éléments élastiques comportant des brides plates ou des interfaces à bride simple. Les brides n'ont pas besoin d'être parallèles. La méthode directe peut être appliquée dans le domaine des fréquences de 1 Hz jusqu'à une fréquence normalement déterminées par la fréquence inférieure de résonance du châssis du dispositif d'essai (en moyenne 300 Hz pour les bancs d'essai avec des dimensions de l'ordre de 1 m). La méthode indirecte couvre le domaine de fréquences qui est déterminé par le dispositif d'essai et l'isolateur soumis à l'essai. Ce domaine est normalement de fréquence inférieure comprise entre 20 Hz et 50 Hz et de fréquence supérieure comprise entre 2 kHz et 5 kHz Les données obtenues conformément aux méthodes spécifiées dans l'ISO 10846-4:2003 peuvent être utilisées comme des informations sur les produits fournis par les fabricants et les fournisseurs, comme des informations au cours de la mise au point du produit, pour le contrôle de qualité et pour le calcul du transfert des vibrations à travers des éléments élastiques.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10846-4
First edition
2003-09-01
Acoustics and vibration — Laboratory
measurement of vibro-acoustic transfer
properties of resilient elements —
Part 4:
Dynamic stiffness of elements other than
resilient supports for translatory motion
Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des propriétés de
transfert vibro-acoustique des éléments élastiques —
Partie 4: Raideur dynamique en translation des éléments autres que les
supports élastiques
Reference number
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ISO 2003
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references. 2
3 Terms and definitions. 3
4 Principles. 5
5 Test arrangements. 6
5.1 General. 6
5.2 Local coordinate systems. 6
5.3 Test rig components. 6
5.4 Suppression of unwanted vibrations. 8
6 Criteria for adequacy of the test arrangement.19
6.1 Frequency range. 19
6.2 Measurement of blocking force in the direct method . 20
6.3 Determination of upper frequency limit f in the indirect method . 20
6.4 Flanking transmission. 23
6.5 Unwanted input vibrations. 23
6.6 Accelerometers. 24
6.7 Force transducers. 24
6.8 Summation of signals. 24
6.9 Analysers. 25
7 Test procedures. 25
7.1 Installation of the test elements . 25
7.2 Selection of force measurement system and force distribution plates . 25
7.3 Mounting and connection of accelerometers . 25
7.4 Mounting and connection of the vibration exciter . 25
7.5 Source signal. 26
7.6 Measurements. 26
7.7 Test for linearity . 27
8 Evaluation of test results . 28
8.1 Evaluation of dynamic transfer stiffness for direct method. 28
8.2 Calculation of dynamic transfer stiffness for indirect method . 28
8.3 One-third-octave-band values of the frequency-averaged dynamic transfer stiffness. 28
8.4 Presentation of one-third-octave-band results. 29
8.5 Presentation of narrow-band data. 30
9 Information to be recorded . 30
10 Test report. 31
Annex A (informative) Transfer stiffness related to rotatory vibration components . 32
Bibliography . 33
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 10846-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise, in
collaboration with ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock.
ISO 10846 consists of the following parts, under the general title Acoustics and vibration — Laboratory
measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements:
Part 1: Principles and guidelines
Part 2: Dynamic stiffness of elastic supports for translatory motion — Direct method
Part 3: Indirect method for determination of the dynamic stiffness of resilient supports for translatory
motion
Part 4: Dynamic stiffness of elements other than resilient supports for translatory motion
Part 5: Driving point method for the determination of the low frequency dynamic stiffness of elastic
supports for translatory motion
iv © ISO 2003 — All rights reserved
Introduction
Passive vibration isolators of various kinds are used to reduce the transmission of vibrations. Examples are
automobile engine mounts, resilient supports for buildings, resilient mounts and flexible shaft couplings for
shipboard machinery, and small isolators in household appliances.
This part of ISO 10846 specifies a direct and an indirect method for measuring the dynamic transfer stiffness
function of linear resilient elements (other than resilient supports) such as resilient bellows, hoses, shaft
couplings, power supply cables and pipe hangers. This part of ISO 10846 belongs to a series of International
Standards on methods for the laboratory measurement of the vibro-acoustic properties of resilient elements,
which also includes documents on measurement principles and on a direct, an indirect and a driving point
method for resilient supports. ISO 10846-1 provides global guidance for the selection of the appropriate
International Standard.
The laboratory conditions described in this part of ISO 10846 include the application of static preload, where
appropriate.
The results of the method described in this part of ISO 10846 are useful for resilient elements that are used to
reduce the transmission of structure-borne sound (primarily frequencies above 20 Hz). The method does not
characterize completely elements that are used to attenuate low-frequency vibration or shock excursions.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 10846-4:2003(E)
Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-
acoustic transfer properties of resilient elements —
Part 4:
Dynamic stiffness of elements other than resilient supports for
translatory motion
1 Scope
This part of ISO 10846 specifies two methods for determining the dynamic transfer stiffness for translations of
resilient elements other than resilient supports. Examples are resilient bellows, shaft couplings, power supply
cables, hoses and pipe hangers (see Figure 1). Elements filled with liquids, such as oil or water, are excluded.
NOTE 1 Pipe hangers are extensionally deflected, as opposed to elastic supports which are compressed. Therefore,
the test conditions are different from those described in ISO 10846-2 and ISO 10846-3.
The methods are applicable to resilient elements with flat flanges or flat clamp interfaces. It is not necessary
that the flanges be parallel.
Resilient elements which are the subject of this part of ISO 10846 are those that are used to reduce
a) the transmission of audiofrequency vibrations (structure-borne sound, 20 Hz to 20 kHz ) to a structure
which may, for example, radiate unwanted sound (airborne, waterborne or other), and
b) the transmission of low-frequency vibrations (typically 1 Hz to 80 Hz), which may, for example, act upon
human subjects or cause damage to structures of any size when the vibration is too severe.
In practice, the size of the available test rig(s) determines restrictions for very small and for very large resilient
elements.
Measurements for translations normal and transverse to the flanges or clamp interfaces are covered in this
part of ISO 10846. Annex A provides guidance for the measurement of transfer stiffnesses that include
rotatory components.
The direct method can be applied in the frequency range from 1 Hz up to a frequency that is usually
determined by the lowest resonance frequency of the test arrangement frame (typically 300 Hz for test rigs
with dimensions of the order of 1 m).
NOTE 2 In practice, the lower frequency limit depends on the dynamic excitation system.
The indirect method covers a frequency range that is determined by the test set-up and the isolator under test.
The range is typically from a lower frequency between 20 Hz and 50 Hz, to an upper frequency between
2 kHz and 5 kHz.
The data obtained according to the methods specified in this part of ISO 10846 can be used for
product information provided by manufacturers and suppliers,
information during product development,
quality control, and
calculation of the transfer of vibration through resilient elements.
a) Power cable including connector and clamping device b) Pipe hanger
Key
1 connector
2 cable
3 clamp
4 fixture
5 flexible element
6 pipe clamp
Figure 1 — Examples of resilient elements with flat flanges or clamps
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 266, Acoustics Preferred frequencies
ISO 2041, Vibration and shock Vocabulary
ISO 5348, Mechanical vibration and shock Mechanical mounting of accelerometers
ISO 7626-1, Vibration and shock Experimental determination of mechanical mobility Part 1: Basic
definitions and transducers
ISO 7626-2, Vibration and shock Experimental determination of mechanical mobility Part 2:
Measurements using single-point translation excitation with an attached vibration exciter
ISO 10846-1, Acoustics and vibration Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of
resilient elements Part 1: Principles and guidelines
ISO 16063-21, Methods for the calibration of vibration and shock transducers Part 21: Vibration calibration
by comparison with a reference transducer
GUM:1993, Guide to the expression of uncertainty in measurement. BIPM/IEC/IFCC/ISO/IUPAC/IUPAP/OIML
2 © ISO 2003 — All rights reserved
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
resilient element
element of which one of the functions is the reduction of the vibration transmission in a certain frequency
range
3.2
resilient support
resilient element suitable for supporting part of the mass of a machine, a building or another type of structure
3.3
test element
resilient element under test, including flanges and auxiliary fixtures, if any
3.4
blocking force
F
b
dynamic force on the output side of a resilient element which results in zero displacement output
3.5
dynamic transfer stiffness
k
2,1
frequency-dependent ratio of the complex blocking force F on the output side of a resilient element to the
2,b
complex displacement u on the input side during simple harmonic motion, defined by the following formula
k = F /u
2,1 2,b 1
NOTE The value of k can be dependent upon the static preload, temperature and other conditions.
2,1
3.6
loss factor of resilient element
η
ratio of the imaginary part of k and the real part of k (i.e. tangent of the phase angle of k ) in the low-
2,1 2,1 2,1
frequency range where inertial forces in the element are negligible
3.7
frequency-averaged dynamic transfer stiffness
k
av
function of the frequency of the average value of the modulus of the dynamic transfer stiffness over a
frequency band ∆f
NOTE See 8.3.
3.8
point contact
contact area which vibrates as the surface of a rigid body
3.9
normal translation
translational vibration normal to the flange of a resilient element
3.10
transverse translation
translational vibration in a direction perpendicular to that of the normal translation
3.11
linearity
property of the dynamic behaviour of a resilient element, if it satisfies the principle of superposition
NOTE 1 The principle of superposition can be stated as follows. If an input x (t) produces an output y (t) and in a
1 1
separate test an input x (t) produces an output y (t), superposition holds if the input a·x (t) + b·x (t) produces the output
2 2 1 2
a·y (t) + b·y (t). This must hold for all values of a, b and x (t) and x (t); a and b are arbitrary constants.
1 2 1 2
NOTE 2 In practice, the above test for linearity is impractical and a limited check of linearity is done by measuring the
dynamic transfer stiffness for a range of input levels. In effect this procedure checks for a proportional relationship
between the response and the excitation (see 7.7).
3.12
direct method
method in which the input displacement, velocity or acceleration and the blocking output force are measured
3.13
indirect method
method in which the vibration transmissibility (for displacement, velocity or acceleration) of a resilient element
is measured, with the output loaded by a compact body of known mass
3.14
transmissibility
T
ratio of the complex displacements on the output side u to those on the input side u of the test element
2 1
during simple harmonic motion, defined by the following formula
T = u /u
2 1
NOTE For velocities v and accelerations a, transmissibilities are defined in a similar way and have the same value.
3.15
force level
L
F
level calculated by the following formula
F
L = 10 lg dB
F
F
2 −6
where F denotes the mean square value of the force in a specific frequency band and F = 10 N is the
reference force
3.16
acceleration level
L
a
level calculated by the following formula
a
L = 10 lg dB
a
a
2 −6 2
where a denotes the mean square value of the acceleration in a specific frequency band and a = 10 m/s
is the reference acceleration
3.17
4 © ISO 2003 — All rights reserved
level of dynamic transfer stiffness
L
k
2,1
level calculated by the following formula
k
21,
= 10 lg dB
L
k
21,
k
where |k | is the square magnitude of the dynamic transfer stiffness (see 3.5) at a specified frequency and
2,1
. −1
k denotes the reference stiffness ( = 1 N m )
3.18
level of frequency-band-averaged dynamic transfer stiffness
L
k
av
level calculated by the following formula
k
av
L = 10 lg dB
k
av
k
. −1
where k is defined in 3.7 and k denotes the reference stiffness ( = 1 N m )
av 0
3.19
flanking transmission
transmission of vibrations to the output side via paths other than through the resilient element under test
4 Principles
The measurement principles of the direct and the indirect method are discussed in ISO 10846-1.
In the direct method, the basic principle is that the blocking output force is measured between the output side
of the resilient element and a foundation. The foundation shall provide a sufficient reduction of the vibrations
on the output side of the test object compared to those on the input side.
In the indirect method the basic principle is that the blocking output force is derived from acceleration
measurements on a compact body of mass m , which provides sufficiently small vibrations on the output side
of the test element. This blocking mass shall be dynamically decoupled from the other parts of the test
arrangement to prevent flanking transmission.
For sinusoidal vibration and using complex notation, the relationship between the dynamic transfer stiffness of
the element under test and the measured vibration transmissibility (3.14) is given by the following
approximation
k ≈ − (2πf ) (m + m )T for | T | << 1 (1)
2,1 2 f
where m denotes the mass of the output flange of the test element. The indices “1” and “2” denote the input
f
and output side, respectively.
A valid indirect determination of a blocking force according to the right-hand term of Equation (1) requires that
this blocking force solely determines the corresponding vibration measured on the blocking mass. Therefore,
in principle, the vibration to be measured is that of the centre of mass of the compact body composed of the
blocking mass and the output flange of the test element, and in the direction of the wanted force.
5 Test arrangements
5.1 General
In Figures 2 to 8, examples are given of test arrangements for resilient elements other than resilient supports.
The sketches are schematic. Examples are given of test arrangements for single elements as well as for
symmetrically paired ones.
NOTE The collection of examples is by no means exhaustive and is not intended to form a limitation for test
arrangement principles. It is meant as an illustration of solutions that have been applied to meet requirements for the
adequacy of the test arrangements (see Clause 6).
To be suitable for measurements according to this part of ISO 10846, a test arrangement shall include the
components given in 5.3, when applicable. Other aspects concerning test rig properties are discussed in 5.4
and 5.5.
5.2 Local coordinate systems
For the resilient elements which are tested according to this part of ISO 10846, the directions normal to
flanges or fixtures on the input and on the output side may be not the same (see Figures 7 and 8). For non-
planar test elements, they are even out-of-plane. Therefore, for each test configuration, the local Cartesian
coordinate systems and the local corresponding forces, torques, displacements and rotatory displacements
shall be defined in agreement with Figure 9. The positive directions of the z-axes shall coincide with the
directions normal to the input and output flanges and shall point away from the test element. In the case of a
"planar" test element, the x-axis shall be chosen out-of-plane on the input as well as on the output side. In the
case of a non-planar test element, the transverse axis directions shall be defined according to the
requirements of the applications. The naming of the x- and y-directions is the responsibility of the user of this
part of ISO 10846. Thus, the definition of dynamic transfer stiffnesses of cables and hoses is dependent on
the test element and on the test arrangement.
The naming of the dynamic transfer stiffnesses shall be in agreement with the following notation:
k ; k ; k
2x,1x 2x,1y 2x,1z
k ; k ; k
2y,1x 2y,1y 2y,1z
k ; k ; k
2z,1x 2z,1y 2z,1z
where the subscripts 2x, 2y, 2z refer to the local coordinate system for the blocking output forces, and the
subscripts 1x, 1y, 1z to the local coordinate system for the input displacements.
In cases where confusion is unlikely, simpler notations may be used. For example, for an axially symmetrical
test component as in Figure 2, it can suffice to define two transfer stiffnesses as follows: k (axial); k (radial).
2,1 2,1
5.3 Test rig components
5.3.1 Resilient elements under test
The test element shall be mounted in a way that is representative of its use in practice. This shall include the
static preload and the fixture arrangements on the input and output sides. Auxiliary fixtures shall be
considered as parts of the test element (see 3.3).
NOTE Resilient elements with a strongly non-linear static load deflection curve show strongly preload dependent
dynamic behaviour as well. However, in contrast to the resilient supports covered in ISO 10846-3, the static preloads in
this part of ISO 10846 are not primarily due to gravity. For example, the static preload for a resilient shaft coupling may be
a torque load [Figure 3 b)].
6 © ISO 2003 — All rights reserved
5.3.2 Force measurement system on the output side
When the direct method is used, the force measurement system on the output side of the resilient element
shall consist of one or more force transducers.
It may be necessary to apply a force distribution plate between the test element and the force transducers
(see Figure 8).
NOTE Besides its function of load distribution, the force distribution plate also provides a high contact stiffness to the
force transducers. Moreover, it provides a uniform vibration of the output flange or clamp.
5.3.3 Blocking mass on the output side
When the indirect method is used, one function of the blocking mass is the estimation of the blocking output
force by measuring the acceleration of the mass. A second function is to provide a spatially uniform vibration
of the output flange of the test object over the frequency range of interest.
5.3.4 Acceleration measurement systems
Accelerometers shall be mounted on the input and output side of the test object and on the foundation of the
test arrangement. When mid-point positions are not accessible, indirect measurement of the mid-point
accelerations shall be performed by making an appropriate signal summation, for example, by taking the
linear average for two symmetrically positioned accelerometers.
When the indirect method is used, the transverse accelerometers of the blocking mass that are needed are
those along the x- and y-axes through the centre of mass of the compact body composed of the blocking mass
and the output flange of the test element (see Figure 10).
Provided that their frequency range is appropriate, displacement or velocity transducers may be used instead
of accelerometers.
5.3.5 Dynamic excitation system
The dynamic excitation system shall be appropriate for the frequency range of interest. Any suitable type of
exciter is permitted. Examples are
a) a hydraulic exciter,
b) one or more electrodynamic vibration exciters (shakers) with connection rods, and
c) one or more piezo-electric exciters.
Vibration isolators may be used for dynamic decoupling of exciters to reduce flanking transmission.
5.3.6 Excitation mass on the input side
The excitation mass on the input side of the test object has one or more of the following functions:
a) to provide a uniform vibration of the input flange under dynamic forces;
b) to enhance unidirectional vibration of the input flange.
If the test element contains a solid-mass-type input flange, which can provide the above-mentioned functions,
the special excitation mass may be omitted.
Predominantly unidirectional translation on the input side of the test element is an essential requirement for
the measurement of dynamic stiffnesses according to this part of ISO 10846 (see 6.5). The predominance of
unidirectional vibration of the input flange, will be influenced by
a) the symmetry of the vibration excitations and boundary conditions of the excitation mass [see Figure 2 b)],
and
b) the inertial properties of the excitation mass [see Figure 3 a)].
In certain cases, it will be necessary to apply external constraints, such as roller bearings or some other
guiding system, to prevent vibrations in unwanted directions.
5.4 Suppression of unwanted vibrations
5.4.1 General
The test procedures according to this part of ISO 10846 cover measurements of transfer stiffnesses for
unidirectional excitations one by one in the normal and transverse directions.
However, due to asymmetries in excitation, boundary conditions and test element properties, components
other than the intended input vibration component may show unwanted strong responses at certain
frequencies. Qualitative measures to suppress unwanted input vibrations are discussed in 5.4.2 and 5.4.3. A
special category of test arrangements is that in which two nominally equal resilient elements are tested in a
symmetrical configuration. This may help to suppress unwanted input vibrations. Quantitative requirements
are given in 6.5.
5.4.2 Normal direction
For excitation in the normal direction, symmetrical positioning of the exciter or a pair of exciters and use of an
axially symmetric excitation mass is the preferred method for suppressing transverse and rotational vibrations
on the input side.
Nevertheless, the properties of the test object itself can cause coupling between the normal and other
vibration directions. Such unwanted responses may be strongly suppressed by using an excitation mass
which has, at the interface with the test element, large driving point impedances for transverse and rotational
directions compared to the corresponding driving point impedances of the test element [see, for example,
Figure 8 a)].
Another method of suppressing unwanted input vibrations is the use of a symmetrical arrangement with two
nominally identical test objects, or of a “guiding” system on the sides of the excitation mass, for example, roller
bearings. These systems are not shown in a figure, but they are rather similar to the examples for transverse
excitation shown in Figures 2 b), 3 a) and 5.
5.4.3 Transverse direction
For excitation in the transverse direction, coupling between transverse and rotational input vibrations will
always occur.
Some examples are discussed of measures which may enhance unidirectional vibrations on the input side.
Figures 2 b), 6 and 8 d) show a symmetrical arrangement with two nominally equal test objects. Figures 3 a)
and 4 show, as examples, how a guiding system can be used to suppress input rotations. Figure 7 b) shows
an example without a guiding system. In this latter case, a symmetrical excitation block is excited along a line
through its centre of gravity. In the frequency range where the impedances of the block for transverse and
rotational directions exceed those of the test elements and of decoupling springs, the block vibrations will be
strongly unidirectional.
An alternative to the application of conventional methods might be the use of active vibration control. Using
multiple actuators and sensors in combination with a control system, the ratio between the wanted and
unwanted vibration levels can be improved.
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a) Test rig in a frame and with axial excitation
b) Symmetric configuration including two nominally equal couplings and with transverse excitation
Key
1 exciter 5 blocking mass
2 excitation mass 6 dynamic decoupling springs
3 coupling flanges 7 torque preload attachments [see Figure 3 b)]
4 flexible part of coupling
Figure 2 — Examples of laboratory test rigs for measuring the dynamic transfer stiffness of a resilient
shaft coupling with static torque preload and using the indirect method
a) Radial excitation for frame arrangement [see Figure 2 a)]
b) Torque preload
Key
1 exciter
2 thin force distribution plate with guiding system
3 large excitation mass with suppressed rotation
4 coupling
5 input side
6 output side
7 pneumatic cylinder
Figure 3 — Examples of details of a laboratory test rig as in Figure 2
10 © ISO 2003 — All rights reserved
Key
1 exciter
2 traverse
3 dynamic decoupling springs
4 excitation mass
5 test element with fixture and pipe clamp
6 solid cylinder with pipe clamps
7 blocking mass
8 controllable air spring
9 load cell
10 rigid foundation
Figure 4 — Example of laboratory test rig for measuring the dynamic transfer stiffnesses of a resilient
pipe hanger with gravity load using the indirect method
(Overview with normal excitation, the pipe hanger is mounted upside down)
a) Input side, normal excitation b Input side, transverse excitation
c) Output side, normal excitation d) Output side, transverse excitation
Key
1 exciter
2 traverse
3 optional guiding system
4 acceleration measurement (a )
5 pipe clamps for excitation mass
6 pipe clamp test element
7 pipe hanger fixture
8 acceleration measurement (a )
9 acceleration measurement (a )
10 load cell
Figure 5 — Examples of details of a laboratory test rig as in Figure 4
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Key
1 exciter
2 excitation mass
3 blocking mass
4 dynamic decoupling springs
5 acceleration measurement (a )
6 acceleration measurement (a )
Figure 6 — Example of laboratory test rig for measuring the dynamic transfer
stiffnesses of a resilient pipe hanger using the indirect method
(Symmetrical configuration with two nominally equal hangers)
a) Overview and axial excitation
b) Transverse excitation
Key
1 exciter 8 rigid foundation
2 frame 9 cables
3 dynamic decoupling springs 10 acceleration measurement (a )
4 excitation mass 11 acceleration measurement (a )
5 connectors and cables 12 acceleration measurement (a )
6 clamp 13 input side
7 blocking mass 14 output side
Figure 7 — Example of laboratory test rig for measuring the dynamic transfer stiffnesses of an electric
cable bundle (e.g. three cables), using the indirect method
14 © ISO 2003 — All rights reserved
a) Output side for blocking force measurement
b) Output side for transverse measurements c) Output side for transverse measurements
with shear force measurement system with low friction guiding system
d) Symmetrical configuration of two bundles for the benefit of unidirectional transverse vibration input
Key
1 clamp 5 acceleration measurement (a )
2 output force distribution plate 6 exciter
3 force measurement system (F ) 7 blocking mass
4 rigid foundation
Figure 8 — Example of laboratory test rig for measuring the dynamic transfer stiffnesses of an electric
bundle (e.g. three cables), using the direct method
Figure 9 — Cartesian coordinate system with forces, torques, translatory and rotatory displacements
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Key
1 centre of mass of the blocking mass
2 centre of mass of the flange
3 centre of mass of the compound body
NOTE 1 The distance between the centres of mass 1 and 2 equals c.
NOTE 2 The distance between the centres of mass 1 and 3 equals b.
c
b =
1/+mm
2f
Figure 10 — Example of locating the centre of mass of the compact body composed of
blocking mass and output flange of the test element
5.5 Special requirements
5.5.1 Provisions for testing
According to 5.1.1, the test element shall be mounted in a way which is representative of its use in practice.
This may require special provisions for the test arrangement. The most common situations are treated in 5.5.2
to 5.5.5. In situations which are not specifically described in this part of ISO 10846, similar provisions shall be
taken. These shall be described in detail in the test report and it shall be made clear in such a report that the
test conditions are representative of those found in practice.
5.5.2 Static torque preload
The vibro-acoustic transfer properties of flexible couplings in drive shafts (e.g. in ships) are often highly
dependent on the preload. Therefore, the dynamic transfer stiffnesses shall be determined with the test object
preloaded with an appropriate static torque. Figure 3 b) shows an example of how the torque can be applied.
Static rotation of the excitation mass may be obtained by using, for example, two pneumatic or hydraulic
cylinders which are connected to the mass via dynamic decoupling springs. The rotation of the blocking mass
is restricted using dynamic decoupling springs and “foundation-mounted” stops.
In Figure 2 a) the rotation axis of the test coupling is vertical. Although this could be different from practice,
such testing is permitted as long as an unrealistic gravity preload on the flexible test element is prevented.
Use of such a “vertical” set-up can be attractive, for example, when a test frame as described in ISO 10846-3
is already available.
5.5.3 Fixtures, etc.
Test objects which have no flat flanges shall be provided with auxiliary fixtures to arrange for appropriate
connections to the excitation mass and to the blocking mass. Figures 4 to 8 show examples of a pipe hanger
and a cable bundle.
A pipe hanger shall be tested upside down. For the connection to the excitation mass, a pipe clamp shall be
used as part of the pipe hanger together with a solid cylindrical rod [see Figure 5 a)]. This rod shall be rigidly
connected to the excitation mass, for example, with the aid of two clamps. The clamp of the pipe hanger shall
contain a resilient layer inside when this is normal practice. The pipe hanger shall be connected to the
blocking mass, or to the output force distribution plate, using a representative fixture [see Figure 5 b)].
A cable or cable bundle shall be connected to the excitation mass using representative connectors.
Connection to the blocking mass or to the output force distribution plate shall be made with the aid of a
representative clamping device (see Figures 7 and 8).
5.5.4 Gravity load on pipe hangers
Pipe hangers shall be investigated under representative tensional loading. For example, in the indirect method
the gravity load may be applied with the aid of the blocking mass. However, to prevent overloading, it may be
necessary to compensate part of the gravity load, for example, with the aid of a controllable air mount
underneath the blocking mass (see Figure 4). In the example in Figure 6, other type of auxiliaries are needed
for the application of preloads. It is the responsibility of the user of this part of ISO 10846 to use a test rig with
appropriate preload auxiliaries.
5.5.5 Gas-filled test elements
Gas-filled flexible hoses or bellows shall be tested under representative internal static pressure. The auxiliary
equipment needed for this purpose shall not affect the measurement by its mechanical connections. A
description of this equipment shall be given in the test report and it shall be made clear that appropriate
measures have been taken to avoid any unwanted influence on the measurements.
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6 Criteria for adequacy of the test arrangement
6.1 Frequency range
Each test facility has a limited frequency range in which valid tests can be performed. One limitation is given
by the usable bandwidth of the vibration actuator.
In cases where the direct method is used, another limitation follows from the requirement that the output force
shall be a close approximation of the blocking force.
The measurements according to this part of ISO 10846 are valid only for those frequencies where
∆L = L – L W 20 dB (2)
1,2 a a
1 2
where
a is the acceleration of the input flange;
a is the acceleration of the output flange and output force distribution plate.
NOTE 1 A too small value for the level difference ∆L can be explained by the stiffness mismatch between the test
1,2
element and the foundation table being insufficient, or by flanking transmission. When a test frame is used, the frequency
range of valid measurements is often limited by an upper frequency f , which is the lowest frequency at which the frame
can exhibit resonance. Typically f is about 300 Hz for test frames with dimensions of the order of 1 m.
In cases where the indirect method is used, limitations follow from the accuracy which is required for the
approximation in using the transmissibility measurement, as in Equation (1). In this part of ISO 10846, this
approximation shall be accurate to within 1 dB, i.e. to within 12 % of the magnitude of the calculated stiffness.
This requirement can only be met in a limited frequency range (f < f < f ). The lower frequency limit is
2 3
determined by resonances in the test arrangement. Typically this frequency f is in the range from 20 Hz to
50 Hz. The upper frequency is limited by the vibration properties of the blocking mass. Typically this frequency
f is in the range 2 kHz to 5 kHz.
One requirement for obtaining this accuracy is a large impedance mismatch between the test element and the
blocking mass in the direction of the blocking force which is determined. The measurements according to this
part of ISO 10846 are valid only for those frequencies where Inequality (2) is valid, but where a is the
acceleration of the input side and a is the acceleration of the blocking mass.
Below a certain frequency (f ) Inequality (2) will be violated because of resonances in the system consisting of
the test element, the excitation mass, the blocking mass and auxiliary springs. Generally speaking, f can be
lowered by increasing the blocking mass m .
NOTE 2 For design purposes, the lower natural frequencies of the test arrangements can be estimated with the aid of
analysis for multibody vibrations. The lower limit f of the frequency range will be about three times the highest natural
frequency of the vibration modes (including those with rotations) which affect the measurement directions. Nevertheless,
at certain frequencies above f , Inequality (2) can be violated. Except for test rig imperfections, stiffening of the test
element due to internal resonances can cause this.
The other requirement for an accurate result using Equation (1) is the validity of the assumption that the
blocking mass vibrates as a rigid body with mass m . The upper limit f of the frequency range of valid
2 3
measurements can be controlled by the size and the shape of the blocking mass. This is discussed in 6.3.
6.2 Measurement of blocking force in the direct method
When the direct method is used, the mass between the test isolator and the output force transducers causes a
bias error in the measurement of the blocking force. The difference between the blocking mass force F and
b
the measured force F is approximately equal to the inertia force m a .
2 0 2
The mass m is the sum of the masses of the output flange of the test element, that of the output force
distribution plate and half the mass of the force transducers, and shall respect the following in
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10846-4
Première édition
2003-09-01
Acoustique et vibrations — Mesurage en
laboratoire des propriétés de transfert
vibro-acoustique des éléments
élastiques —
Partie 4:
Raideur dynamique en translation des
éléments autres que les supports
élastiques
Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic
transfer properties of resilient elements —
Part 4: Dynamic stiffness of elements other than resilient supports for
translatory motion
Numéro de référence
©
ISO 2003
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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. 2
3 Termes et définitions . 3
4 Principes. 6
5 Dispositifs d'essai. 6
5.1 Généralités. 6
5.2 Systèmes de coordonnées locales . 6
5.3 Composants du banc d'essai . 7
5.4 Suppression des vibrations indésirables. 8
5.5 Exigences particulières. 18
6 Critère d'adéquation du dispositif d'essai. 19
6.1 Domaine de fréquences. 19
6.2 Mesurage de la force de blocage par la méthode directe. 20
6.3 Détermination de la limite supérieure de fréquence f par la méthode indirecte. 21
6.4 Transmission latérale. 24
6.5 Vibrations indésirables en entrée . 25
6.6 Accéléromètres. 25
6.7 Transducteurs de force . 25
6.8 Sommation des signaux. 26
6.9 Analyseurs. 26
7 Modes opératoires d'essai . 27
7.1 Installation des éléments d'essai . 27
7.2 Choix du système de mesurage des forces et des plaques de répartition des forces . 27
7.3 Montage et fixation des accéléromètres. 27
7.4 Montage et fixation de l'excitateur de vibrations. 27
7.5 Signal source. 27
7.6 Mesurage. 28
7.7 Essai de linéarité. 28
8 Évaluation des résultats d'essai. 29
8.1 Évaluation de la raideur dynamique de transfert pour la méthode directe . 29
8.2 Calcul de la raideur dynamique de transfert pour la méthode indirecte. 30
8.3 Valeurs par bandes de tiers d'octave de la raideur dynamique de transfert moyennée en
fréquence . 30
8.4 Présentation des résultats par bandes de tiers d'octave . 31
8.5 Présentation des données à bande étroite. 31
9 Information à consigner . 32
10 Rapport d'essai. 33
Annexe A (informative) Raideur de transfert relative aux composants vibratoires en rotation. 34
Bibliographie . 35
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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L'ISO 10846-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit,
conjointement avec l’ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
L'ISO 10846 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Acoustique et vibrations —
Mesurage en laboratoire des propriétés de transfert vibro-acoustique des éléments élastiques:
Partie 1: Principes et lignes directrices
Partie 2: Raideur dynamique en translation des supports élastiques — Méthode directe
Partie 3: Méthode indirecte pour la détermination de la raideur dynamique en translation des supports
élastiques
Partie 4: Raideur dynamique en translation des éléments autres que les supports élastiques
Partie 5: Méthode du point de conduite pour la détermination de la raideur dynamique à basse fréquence
des supports élastiques pour un mouvement de translation
iv © ISO 2003 — Tous droits réservés
Introduction
Divers types d'isolateurs de vibration passifs sont utilisés pour réduire la transmission des vibrations. En voici
quelques exemples: les dispositifs pour moteurs automobiles, les supports élastiques utilisés dans les
bâtiments, les fixations élastiques, les accouplements d’arbres souples pour la machinerie des navires et les
petits isolateurs d’appareils ménagers.
La présente partie de l'ISO 10846 spécifie une méthode directe et une méthode indirecte pour mesurer la
fonction de raideur de transfert dynamique d'éléments élastiques linéaires (autres que les supports
élastiques) tels que les soufflets élastiques, les tuyaux flexibles, les accouplements d'arbres, les câbles
d'alimentation et les étriers de suspension. La présente partie de l'ISO 10846 fait partie d'une série de
Normes internationales relatives aux méthodes de mesurage en laboratoire des propriétés vibro-acoustiques
des éléments élastiques, qui comprend également des documents sur les principes de mesurage ainsi que
sur une méthode directe, une méthode indirecte et une méthode au point d'application pour les supports
élastiques. L'ISO 10846-1 fournit des lignes directrices pour la sélection de la Norme internationale
appropriée.
Les conditions de laboratoire décrites dans la présente partie de l'ISO 10846 comprennent l'application d'une
précharge statique, le cas échéant.
Les résultats de la méthode décrite dans la présente partie de l'ISO 10846 sont utiles pour les éléments
élastiques servant à réduire la transmission des bruits solidiens (de fréquence principalement supérieure à
20 Hz). Cette méthode ne permet pas d’établir les caractéristiques complètes des éléments utilisés pour
atténuer les courses des vibrations ou chocs basse fréquence.
NORME INTERNATIONALE ISO 10846-4:2003(F)
Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des
propriétés de transfert vibro-acoustique des éléments
élastiques —
Partie 4:
Raideur dynamique en translation des éléments autres que les
supports élastiques
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10846 spécifie deux méthodes pour déterminer la raideur de transfert dynamique
en translation des éléments élastiques autres que les supports élastiques. Les soufflets élastiques, les
accouplements d’arbres, les câbles d’alimentation, les tuyaux flexibles et les étriers de suspension sont des
exemples de ce type d’éléments (voir Figure 1). Les éléments contenant des liquides, tels que l'huile ou l'eau,
ne sont pas pris en compte.
NOTE 1 Les étriers de suspension sont déformés par extension, contrairement aux supports élastiques qui sont
comprimés. Par conséquent, les conditions d'essai sont différentes des conditions décrites dans l'ISO 10846-2 et
l'ISO 10846-3.
Les méthodes sont applicables aux éléments élastiques comportant des brides plates ou des interfaces à
bride simple. Les brides n'ont pas besoin d'être parallèles.
Les éléments élastiques faisant l'objet de la présente partie de l'ISO 10846 sont ceux qui servent à réduire
a) la transmission de vibrations de fréquence audible (bruit solidien, 20 Hz à 20 kHz) à une structure
susceptible, par exemple, de rayonner un bruit indésirable (bruit aérien, propagé par l’eau ou autre), et
b) la transmission de vibrations à basse fréquence (1 Hz à 80 Hz en général) susceptibles, par exemple,
d’agir sur les individus ou d’endommager les structures de toutes dimensions lorsque la vibration est trop
importante.
Dans la pratique, les dimensions du ou des bancs d’essai disponibles déterminent les restrictions d’emploi
d’éléments élastiques très petits et très grands.
Les mesurages des translations normales et transversales applicables aux brides ou aux interfaces des
colliers de serrage sont traités dans la présente partie de l’ISO 10846. L’Annexe A fournit les lignes directrices
pour le mesurage des raideurs de transfert pour composants tournants.
La méthode directe peut être appliquée dans le domaine des fréquences de 1 Hz jusqu’à une fréquence
normalement déterminées par la fréquence inférieure de résonance du châssis du dispositif d’essai (en
moyenne 300 Hz pour les bancs d’essai avec des dimensions de l’ordre de 1 m).
NOTE 2 Dans la pratique, la limite de fréquence inférieure est fonction du système d’excitation dynamique.
La méthode indirecte couvre le domaine de fréquences qui est déterminé par le dispositif d’essai et l’isolateur
soumis à l’essai. Ce domaine est normalement de fréquence inférieure comprise entre 20 Hz et 50 Hz et de
fréquence supérieure comprise entre 2 kHz et 5 kHz.
Les données obtenues conformément aux méthodes spécifiées dans la présente partie de l’ISO 10846
peuvent être utilisées
comme des informations sur les produits fournis par les fabricants et les fournisseurs,
comme des informations au cours de la mise au point du produit,
pour le contrôle de qualité, et
pour le calcul du transfert des vibrations à travers des éléments élastiques.
a) Câble d’alimentation comprenant
b) Étrier de suspension
un raccord et un dispositif de fixation
Légende
1 raccord
2 câble
3 collier de serrage
4 fixation
5 élément souple
6 collier de serrage
Figure 1 — Exemples d’éléments élastiques avec brides plates ou colliers de serrage
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour 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 266, Acoustique — Fréquences normales
ISO 2041, Vibrations et chocs — Vocabulaire
ISO 5348, Vibrations et chocs mécaniques — Fixation mécanique des accéléromètres
ISO 7626-1, Vibrations et chocs — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique — Partie 1:
Définitions fondamentales et transducteurs
ISO 7626-2, Vibration et chocs — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique — Partie 2:
Mesurages avec utilisation d’une excitation de translation en un seul point, au moyen d’un générateur de
vibrations solidaire de ce point
2 © ISO 2003 — Tous droits réservés
ISO 10846-1, Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des propriétés de transfert vibro-
acoustique des élements élastiques — Partie 1: Principes et lignes directrices
ISO 16063-21, Méthodes pour l'étalonnage des transducteurs de vibrations et de chocs — Partie 21:
Étalonnage de vibrations par comparaison à un transducteur de référence
GUM:1993, Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure (GUM). BIPM, CEI, FICC, ISO, UICPA, UIPPA,
OIML
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2041, ainsi que les
suivants, s'appliquent.
3.1
élément élastique
élément conçu, entres autres, pour réduire la transmission des vibrations sur un certain domaine de
fréquences
3.2
support élastique
élément élastique capable de supporter une partie de la masse d’une machine, d’un bâtiment ou de tout autre
type de structure
3.3
élément d'essai
élément élastique soumis à essai, comprenant des brides et des fixations auxiliaires, si elles existent
3.4
force de blocage
F
b
force dynamique à la sortie d’un élément élastique qui donne un déplacement nul en sortie
3.5
raideur dynamique de transfert
k
2,1
rapport, fonction de la fréquence, de la force complexe de blocage F en sortie d’un élément élastique au
2,b
déplacement complexe u à l’entrée pendant un mouvement harmonique simple, défini par la formule
suivante:
k = F /u
2,1 2,b 1
NOTE k peut dépendre de la précharge statique, de la température et d’autres conditions.
2,1
3.6
facteur de perte de l'élément élastique
η
rapport de la partie imaginaire de k à la partie réelle de k (c’est-à-dire la tangente de l’angle de phase de
2,1 2,1
k ) dans le domaine des basses fréquences où les forces d’inertie dans l’élément sont négligeables
2,1
3.7
raideur dynamique de transfert moyennée en fréquence
k
av
valeur moyenne, fonction de la fréquence, du module de la raideur dynamique de transfert dans une bande de
fréquence ∆f
NOTE Voir 8.3.
3.8
contact ponctuel
zone de contact qui vibre comme la surface d’un corps rigide
3.9
translation normale
vibration en translation perpendiculaire à la bride d’un élément élastique
3.10
translation transversale
vibration en translation dans une direction perpendiculaire à celle de la translation normale
3.11
linéarité
propriété du comportement dynamique d’un élément élastique, s’il répond au principe de superposition
NOTE 1 Le principe de superposition peut être exprimé comme suit. Si une grandeur d’entrée x (t) produit une
grandeur de sortie y (t) et que, au cours d’un essai séparé, une grandeur d’entrée x (t) produit une grandeur de sortie
1 2
y (t), il y a superposition si la grandeur d’entrée a·x (t) + b·x (t) produit la grandeur de sortie a·y (t) + b·y (t). Cela doit être
2 1 2 1 2
vrai quelles que soient les valeurs de a, b et de x (t) et x (t); a et b sont des constantes arbitraires.
1 2
NOTE 2 Dans la pratique, l’essai de linéarité ci-dessus est irréalisable et le mesurage de la raideur de transfert
dynamique pour une plage de niveaux d’entrée assure un contrôle limité de la linéarité. En fait, cette procédure vérifie s’il
y a proportionnalité entre la réponse et l’excitation (voir 7.7).
3.12
méthode directe
méthode servant à mesurer le déplacement, la vitesse ou l’accélération à l'entrée et la force de blocage à la
sortie
3.13
méthode indirecte
méthode servant à mesurer le facteur de transmission des vibrations (pour le déplacement, la vitesse ou
l’accélération) d’un élément élastique, la sortie étant soumise à la charge d’un corps compact de masse
connue
3.14
facteur de transmission
T
rapport des déplacements complexes u à la sortie et u à l'entrée d’un élément d’essai pendant un
2 1
mouvement harmonique simple, défini par la formule suivante:
T = u /u
2 1
NOTE Pour les vitesses v et les accélérations a, les facteurs de transmission sont définis de façon similaire et ont la
même valeur.
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3.15
niveau de force vibratoire
L
F
niveau défini par la formule suivante:
F
L = 10 lg dB
F
F
2 −6
où F est la valeur quadratique moyenne de la force dans une bande de fréquence spécifique et F = 10 N
la force de référence
3.16
niveau d'accélération vibratoire
L
a
niveau défini par la formule suivante:
a
L = 10 lg dB
a
a
où a est la valeur quadratique moyenne de l’accélération dans une bande de fréquence spécifique et
−6 2
a = 10 m/s l’accélération de référence
3.17
niveau de raideur dynamique de transfert
L
k
2,1
niveau défini par la formule suivante:
k
21,
= 10 lg dB
L
k
21,
k
où |k | est le carré de l'amplitude de la raideur de transfert dynamique (voir 3.5) à une fréquence spécifiée
2,1
. −1
et k = 1 N m est la raideur de référence
3.18
niveau de raideur dynamique de transfert moyennée en fréquence
L
k
av
niveau défini par la formule suivante:
k
av
L = 10 lg dB
k
av
k
. −1
où k est défini en 3.7 et k est la raideur de référence (= 1 N m )
av 0
3.19
transmission latérale
transmission de vibrations à la sortie par des chemins autres que l’élément élastique soumis à l’essai
4 Principes
Les principes de mesurage de la méthode directe et de la méthode indirecte sont décrits dans l’ISO 10846-1.
Dans la méthode directe, il s’agit, en substance, de mesurer la force de blocage entre la sortie de l’élément
élastique et un support. Le support doit suffisamment diminuer les vibrations, côté sortie de l’objet soumis à
essai par rapport à celles rencontrées du côté entrée.
Dans la méthode indirecte, il s’agit, en substance, de calculer la force de blocage en sortie à partir des
mesurages d’accélération sur un corps compact de masse m , dont les vibrations côté sortie de l’élément
soumis à essai sont suffisamment faibles. Cette masse de blocage doit être isolée de manière dynamique des
autres éléments du dispositif d’essai afin d’éviter toute transmission latérale.
Pour les mouvements harmoniques simples et en utilisant des notations complexes, la relation entre la raideur
dynamique de transfert de l’élément soumis à essai et le facteur de transmission de vibration mesuré (3.14)
est donnée par l’approximation suivante:
k ≈ − (2πf ) (m + m )T pour | T | << 1 (1)
2,1 2 f
où m est la masse de la bride de sortie de l’élément soumis à essai. Les indices «1»et «2» désignent
f
respectivement l’entrée et la sortie.
Une détermination indirecte valable d’une force de blocage selon les termes de droite de l’Équation (1) exige
que cette force de blocage détermine uniquement la vibration correspondante mesurée sur la masse de
blocage. Par conséquent, la vibration à mesurer est en principe celle du centre de masse du corps compact
composé de la masse de blocage et de la bride de sortie de l’élément soumis à essai, dans la direction de la
force étudiée.
5 Dispositifs d'essai
5.1 Généralités
Les Figures 2 à 8 donnent des exemples de dispositifs d’essai pour les éléments élastiques autres que les
supports élastiques. Les dessins sont des représentations schématiques. Il s’agit d’exemples de dispositifs
d’essai aussi bien pour des éléments uniques que pour des éléments symétriques appariés.
NOTE La liste d’exemples est loin d’être exhaustive et n’a pas pour objet de limiter les principes des dispositifs
d’essai. Ces exemples sont destinés à illustrer les solutions appliquées dans le but de satisfaire aux exigences de
conformité des dispositifs d’essai (voir l’Article 6).
Pour répondre aux exigences de mesurage de la présente partie de l’ISO 10846, un dispositif d’essai doit
comporter les composants indiqués en 5.3, le cas échéant. Les autres aspects relatifs aux propriétés des
bancs d’essai sont traités en 5.4 et 5.5.
5.2 Systèmes de coordonnées locales
Il est possible pour les éléments élastiques soumis à essai conformément à la présente partie de l’ISO 10846
(voir Figures 7 et 8) que les directions perpendiculaires aux brides ou fixations ne soient pas les mêmes en
entrée et en sortie. Pour les éléments d’essai non plans, les directions peuvent même se situer en dehors du
plan. Par conséquent, pour chaque configuration d’essai, les systèmes de coordonnées cartésiennes locales
et les forces, couples, déplacements et déplacements en rotation correspondant au niveau local doivent être
définis conformément à la Figure 9. Le sens positif des axes z doit coïncider avec les directions
perpendiculaires aux brides d’entrée et de sortie et doit s’écarter de l’élément d’essai. Dans le cas d’un
élément d’essai «plan», l’axe x doit être choisi en dehors du plan en entrée comme en sortie. Dans le cas d’un
élément d’essai non plan dans l’axe transversal, les directions doivent être définies conformément aux
exigences des applications. Il incombe à l’utilisateur de la présente partie de l’ISO 10846 de désigner les
directions x et y. La définition des raideurs dynamiques de transfert des câbles et tuyaux flexibles est ainsi
fonction de l’élément d’essai et du dispositif d’essai.
6 © ISO 2003 — Tous droits réservés
La dénomination des raideurs dynamiques de transfert doit être conforme à la notation suivante:
k ; k ; k
2x,1x 2x,1y 2x,1z
k ; k ; k
2y,1x 2y,1y 2y,1z
k ; k ; k
2z,1x 2z,1y 2z,1z
où les indices 2x, 2y, 2z renvoient au système de coordonnées locales pour les forces de blocage en sortie et
les indices 1x, 1y, 1z renvoient au système de coordonnées locales pour les déplacements en entrée.
Lorsque le risque de confusion est minime, il est possible d’utiliser des notations plus simples. Par exemple,
pour un composant d’essai axisymétrique tel qu’illustré à la Figure 2, il suffit de définir les deux raideurs de
transfert comme suit: k (axiale); k (radiale).
2,1 2,1
5.3 Composants du banc d'essai
5.3.1 Éléments élastiques soumis à essai
L’élément d’essai doit être monté tel qu’il est utilisé dans la pratique. Le montage doit comprendre la
précharge statique et les dispositifs de fixation en entrée et en sortie. Les fixations auxiliaires doivent être
considérées comme faisant partie de l’élément d’essai (voir 3.3).
NOTE Les éléments élastiques affichant une courbe de déflexion de charge statique fortement non linéaire
manifestent un comportement dynamique fortement dépendant de la précharge. Cependant, contrairement aux supports
élastiques traités dans l’ISO 10846-3, les précharges statiques de la présente partie de l’ISO 10846 ne sont pas
principalement dues à la gravité. Par exemple, la précharge statique pour un accouplement d’arbre élastique peut être
une charge de couple [Figure 3 b)].
5.3.2 Système de mesure des forces en sortie
Lors de l’utilisation de la méthode directe, le système de mesurage des forces en sortie de l’élément élastique
doit se composer d’un ou de plusieurs transducteurs de force.
Il peut être nécessaire de disposer une plaque de répartition des forces entre l’élément d’essai et les
transducteurs de force (voir la Figure 8).
NOTE Outre sa fonction de répartition de la charge, la plaque de répartition des forces fournit également une raideur
de contact élevée aux transducteurs de force. En outre, elle a pour rôle d’assurer une vibration uniforme de la bride ou du
collier de serrage en sortie.
5.3.3 Masse de blocage en sortie
Lors de l’utilisation de la méthode indirecte, une fonction de la masse de blocage consiste à estimer la force
de blocage en sortie en mesurant l’accélération de la masse. Une autre fonction consiste à engendrer une
vibration spatiale uniforme de la bride en sortie de l’objet soumis à essai dans le domaine de fréquences
étudié.
5.3.4 Systèmes de mesurage de l’accélération
Les accéléromètres doivent être montés en entrée et en sortie de l’objet soumis à essai et sur le support du
dispositif d’essai. Lorsque des positions au point médian ne sont pas accessibles, un mesurage indirect des
accélérations au point médian doit être effectué par sommation des signaux appropriée, par exemple, en
prenant la moyenne linéaire de deux accéléromètres positionnés symétriquement.
Lors de l’utilisation de la méthode indirecte, les accéléromètres transversaux de la masse de blocage
nécessaires sont ceux situés le long des axes x et y, passant par le centre de masse du corps compact
constitué par la masse de blocage et la bride de sortie de l’élément d’essai (voir Figure 10).
À condition que leur domaine de fréquences convienne, des transducteurs de déplacement ou de vitesse
peuvent être utilisés à la place des accéléromètres.
5.3.5 Système d’excitation dynamique
Le système d’excitation dynamique doit correspondre au domaine de fréquences étudié. Tout type
d’excitateurs adéquat est permis, par exemple
a) un excitateur hydraulique,
b) un ou plusieurs excitateurs électrodynamiques de vibrations (secoueurs) équipés de barres de connexion,
et
c) un ou plusieurs excitateurs piézo-électriques.
Des isolateurs de vibration peuvent être utilisés pour le découplage dynamique des excitateurs afin de réduire
la transmission latérale.
5.3.6 Masse d’excitation en entrée
La masse d’excitation en entrée de l’objet soumis à essai remplit au moins l’une des fonctions suivantes:
a) fournir une vibration uniforme de la bride en entrée lorsqu’elle est soumise à des forces dynamiques;
b) renforcer la vibration unidirectionnelle de la bride en entrée.
Si l’élément d’essai comporte une bride en entrée de type masse pleine capable d’assurer l’une des fonctions
susmentionnées, il est possible d’omettre la masse d’excitation spéciale.
La translation à dominante unidirectionnelle en entrée de l’élément d’essai est une exigence essentielle pour
le mesurage de la raideur dynamique conformément à la présente partie de l’ISO 10846 (voir 6.5). La
prédominance de vibrations unidirectionnelles de la bride en entrée est fonction de
a) la symétrie des excitations de vibrations et des conditions aux limites de la masse d’excitation [voir
Figure 2 b)];
b) les propriétés d’inertie de la masse d’excitation [voir Figure 3 a)].
Dans certains cas, il est nécessaire d’appliquer des contraintes externes telles que des roulements à rouleaux
ou tout autre type de système de guidage permettant de prévenir des vibrations indésirables.
5.4 Suppression des vibrations indésirables
5.4.1 Généralités
Les modes opératoires d'essai conformes à la présente partie de l’ISO 10846 traitent des mesurages
individuels des raideurs de transfert pour les excitations unidirectionnelles dans les directions perpendiculaire
et transversale.
Cependant, du fait des asymétries dans l’excitation, dans les conditions aux limites et dans les propriétés des
éléments d’essai, des composantes autres que celles des vibrations voulues en entrée peuvent produire des
réponses indésirables fortes à certaines fréquences. Les mesures qualitatives visant à éliminer les vibrations
indésirables en entrée sont traitées en 5.4.2 et 5.4.3. Il existe une catégorie spéciale de dispositifs d’essai
dans lesquels deux éléments élastiques essentiellement équivalents sont soumis à essai dans une
configuration symétrique. Cela peut se révéler utile pour éliminer les vibrations indésirables en entrée. Des
exigences quantitatives sont formulées en 6.5.
8 © ISO 2003 — Tous droits réservés
5.4.2 Direction perpendiculaire
Pour une excitation dans la direction perpendiculaire, le positionnement symétrique de l’excitateur ou d’une
paire d’excitateurs et l’emploi d’une masse d’excitation axisymétrique doivent être la méthode de choix pour
éliminer les vibrations transversales et en rotation en entrée.
Toutefois, les propriétés de l’objet soumis à essai peuvent provoquer un couplage entre la direction de
vibration perpendiculaire et d’autres directions. Il est possible d’éliminer ce type de réponses indésirables à
l’aide d’une masse d’excitation présentant à l’interface avec l’élément d’essai, pour les directions transversale
et en rotation, des impédances importantes au point d’application par rapport aux impédances au point
d’application correspondant de l’élément d’essai [voir, par exemple, la Figure 8 a)].
Une autre méthode de suppression des vibrations indésirables en entrée consiste à utiliser pour l’essai un
dispositif symétrique composé de deux objets essentiellement équivalents ou un système de «guidage» au
niveau des côtés de la masse d’excitation, tel que par exemple des roulements à rouleaux. Ces systèmes ne
sont représentés dans aucune figure, mais ils sont relativement similaires aux exemples applicables à
l’excitation transversale, représentés aux Figures 2 b), 3 a) et 5.
5.4.3 Direction transversale
L’excitation dans la direction transversale requiert dans tous les cas un couplage entre les vibrations en
entrée transversales et en rotation.
Certains exemples de mesures susceptibles d’accroître les vibrations unidirectionnelles côté entrée sont
traités de manière détaillée. Les Figures 2 b), 6 et 8 d) présentent un dispositif symétrique comportant deux
objets essentiellement équivalents. Les Figures 3 a) et 4 présentent des exemples d’utilisation d’un système
de guidage permettant de supprimer les vibrations en rotation en entrée. La Figure 7 b) présente un exemple
de dispositif sans système de guidage. Dans ce dernier cas, un bloc d’excitation symétrique est soumis à
excitation le long d’une droite passant par son centre de gravité. Les vibrations du bloc sont essentiellement
unidirectionnelles dans le domaine de fréquences où les impédances du bloc dans les directions
transversales et en rotation sont supérieures à celles des éléments d’essai et des ressorts de découplage.
Une méthode autre que les méthodes classiques utilisées peut consister à effectuer un contrôle actif des
vibrations. L’utilisation de plusieurs actionneurs et capteurs associés à un système de commande permet
d’améliorer le rapport entre les niveaux des vibrations souhaitées et indésirables.
a) Banc d’essai sur châssis avec excitation axiale
b) Configuration symétrique comportant deux accouplements essentiellement
équivalents avec excitation transversale
Légende
1 excitateur 5 masse de blocage
2 masse d’excitation 6 ressorts de découplage dynamique
3 brides d’accouplement 7 fixations de précharge de couple [voir Figure 3 b)]
4 pièce souple de l’accouplement
Figure 2 — Exemples de bancs d’essai en laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique
de transfert d’un accouplement d’arbre élastique avec précharge de couple statique,
utilisant la méthode indirecte
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a) Excitation radiale avec dispositif sur châssis [voir Figure 2 a)]
b) Précharge de couple
Légende
1 excitateur
2 plaque mince de répartition des forces avec système de guidage
3 masse d’excitation importante avec rotation contenue
4 accouplement
5 côté entrée
6 côté sortie
7 vérin pneumatique
Figure 3 — Exemples de détails de banc d’essai en laboratoire selon Figure 2
Légende
1 excitateur
2 translation transversale
3 ressorts de découplage dynamique
4 masse d’excitation
5 élément d’essai avec fixation et collier de serrage
6 vérin rigide avec colliers de serrage
7 masse de blocage
8 ressort pneumatique commandé
9 cellule de mesure
10 support rigide
Figure 4 — Exemple de banc d’essai en laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique de
transfert d’un étrier de suspension élastique avec application d’une charge par gravité,
utilisant la méthode indirecte
(Vue d’ensemble avec excitation normale, l’étrier de suspension étant monté à l’envers)
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a) Côté entrée, excitation normale b Côté entrée, excitation transversale
c) Côté sortie, excitation normale d) Côté sortie, excitation transversale
Légende
1 excitateur
2 barre transversale
3 système de guidage facultatif
4 mesurage de l’accélération (a )
5 colliers de serrage de la masse d’excitation
6 élément d’essai avec collier de serrage
7 fixation de l’étrier de suspension
8 mesurage de l’accélération (a )
9 mesurage de l’accélération (a )
10 cellule de mesure
Figure 5 — Exemples de détails de banc d’essai en laboratoire selon la Figure 4
Légende
1 excitateur
2 masse d’excitation
3 masse de blocage
4 ressorts de découplage dynamique
5 mesurage de l’accélération (a )
6 mesurage de l’accélération (a )
Figure 6 — Exemple de banc d’essai en laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique
de transfert d’un étrier de suspension élastique, utilisant la méthode indirecte
(Configuration symétrique avec deux étriers essentiellement équivalents)
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a) Vue d’ensemble et excitation axiale
b) Excitation transversale
Légende
1 excitateur 8 support rigide
2 châssis 9 câbles
3 ressorts de découplage dynamique 10 mesurage de l’accélération (a )
4 masse d’excitation 11 mesurage de l’accélération (a )
5 raccords et câbles 12 mesurage de l’accélération (a )
6 collier de serrage 13 côté entrée
7 masse de blocage 14 côté sortie
Figure 7 — Exemple de banc d’essai en laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique de
transfert d’un faisceau de câbles (par exemple trois câbles) électriques, utilisant la méthode indirecte
a) Côté sortie pour le mesurage des forces de blocage
b) Côté sortie pour les mesurages transversaux c) Côté sortie pour les mesurages transversaux
avec système de mesurage des forces de cisaillement avec système de guidage à faible frottement
d) Configuration symétrique de deux faisceaux donnant du côté entrée
des vibrations transversales unidirectionnelles
Légende
1 collier de serrage 5 mesurage de l’accélération (a )
2 plaque de répartition des forces de sortie 6 excitateur
3 système de mesurage des forces (F ) 7 masse de blocage
4 support rigide
Figure 8 — Exemple de banc d’essai en laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique de
transfert d’un faisceau de câbles (par exemple trois câbles) électriques, utilisant la méthode directe
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Figure 9 — Système de coordonnées cartésiennes avec application de forces,
couples, translations et rotations
Légende
1 centre de gravité de la masse de blocage
2 centre de gravité de la bride
3 centre de gravité du corps compact
NOTE 1 La distance entre les centres de gravité 1 et 2 est égale à c.
NOTE 2 La distance entre les centres de gravité 1 et 3 est égale à b.
c
b =
1/+mm
2f
Figure 10 — Exemple de disposition du centre de gravité du corps compact composé de la masse
de blocage et de la bride de sortie de l’élément d’essai
5.5 Exigences particulières
5.5.1 Dispositions d’essai
Conformément à 5.1.1, l’élément d’essai doit être monté tel qu’il est utilisé dans la pratique. Cela peut requérir
des dispositions particulières pour le dispositif d’essai. Les situations les plus courantes sont décrites de 5.5.2
à 5.5.5. Des dispositions similaires s’appliquent aux situations qui ne font l’objet d’aucune description
particulière dans la présente partie de l’ISO 10846. Ces dispositions doivent être décrites de manière détaillée
dans le rapport d’essai, ce dernier devant «montrer» que les conditions d’essai correspondent à la pratique.
5.5.2 Précharge de couple statique
Généralement, les propriétés vibro-acoustiques des accouplements souples d’arbres moteur (par exemple
ceux des bateaux) dépendent fortement de la précharge. Par conséquent, les raideurs dynamiques de
transfert doivent être déterminées en préchargeant l’objet soumis à essai à un couple statique approprié. La
Figure 3 b) donne un exemple de la façon dont il est possible d’appliquer le couple. La rotation statique de la
masse d’excitation peut être obtenue à l’aide, par exemple, de deux vérins pneumatiques ou hydrauliques
connectés à la masse par l’intermédiaire de ressorts dynamiques de découplage. La rotation de la masse de
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blocage est limitée par l’utilisation de ressorts dynamiques de découplage et de butées «montées sur
support».
Dans la Figure 2 a), l’axe de rotation de l’accouplement soumis à essai est vertical. Même si ce type d’essai
peut s’éloigner de la pratique, il est admis de le réaliser tant qu’il ne présente aucun risque d’appliquer une
précharge de gravité irréaliste à l’élément d’essai souple. L’utilisation d’un montage «vertical» de ce type peut
se révéler intéressant, par exemple, lorsqu’un cadre d’essai tel que décrit dans l’ISO 10846-3 est déjà
disponible.
5.5.3 Fixations, etc.
Les objets soumis à essai non pourvus de brides plates doivent comporter des fixations auxiliaires permettant
de réaliser les raccordements appropriés à la masse d’excitation et à la masse de blocage. Les Figures 4 à 8
donnent des exemples respectifs pour un étrier de suspension et un faisceau de câbles.
Un étrier de suspension doit être soumis à essai à l’envers. Pour le raccordement à la masse d’excitation, un
collier de serrage solidaire de l’étrier de suspension doit être utilisé avec une barre cylindrique pleine [voir
Figure 5 a)]. Cette barre doit être raccordée de façon rigide à la masse d’excitation, par exemple, à l’aide de
deux brides de fixation. La bride de fixation de l’étrier de suspension doit comporter en pratique normale une
couche élastique interne. L’étrier de suspension doit être raccordé à la masse de blocage ou à la plaque de
répartition des forces en sortie à l’aide d’une fixation représentative [voir Figure 5 b)].
Un câble ou un faisceau de câbles doit être raccordé à la masse d’excitation à l’aide de raccords
représentatifs. Le raccordement à la masse de blocage ou à la plaque de répartition des forces en sortie doit
s’effectuer à l’aide d’un dispositif de fixation représentatif (voir Figures 7 et 8).
5.5.4 Charge de gravité appliquée aux étriers de suspension
Les étriers de suspension doivent être examinés sous une charge de tension représentative. Par exemple,
dans la méthode indirecte, la charge de gravité peut être appliquée à l’aide de la masse de blocage.
Cependant, il peut se révéler nécessaire afin d’éviter toute
...
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