ISO 7626-5:1994
(Main)Vibration and shock — Experimental determination of mechanical mobility — Part 5: Measurements using impact excitation with an exciter which is not attached to the structure
Vibration and shock — Experimental determination of mechanical mobility — Part 5: Measurements using impact excitation with an exciter which is not attached to the structure
Specifies procedures for measuring mechanical mobility and other frequency-response functions of structures excited by means of a translational impulsive force generated by an exciter which is not attached to the structure under test. Is applicable to the measurement of mobility, accelerance or dynamic compliance using impact excitation. The signal analysis methods covered are all based on the discrete Fourier transform.
Vibrations et chocs — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique — Partie 5: Mesurages à partir d'une excitation par choc appliquée par un excitateur non solidaire de la structure
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 7626-5
First edition
1994-07-15
Vibration and shock - Experimental
determination of mechanical mobility -
Part 5:
Measurements using impact excitation with
an exciter which is not attached to the
structure
- 06 termina tion exp&imentale de Ia mobilit6
Vibra tions et chocs
mecanique -
Partie 5: Mesurages a partir d ’une excitation par choc appliquee par un
excitateur non solidaire de Ia structure
Reference number
ISO 7626-5:1994(E)
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ISO 7626-5: 1994(E)
Contents
Page
1
1 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .~~.~.~.~~.~.~~~.~.~.~.
1
2 Normative references . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
3 Def initions
2
4 General characteristics of impact measurements .
4
..........................................
5 Support of the structure under test
...................................................... 5
6 Application of the excitation
6
....................................................................
7 Transducer System
...................................... 10
8 Processing of the transducer Signals
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 20
9 Tests for validity of the measurements
Annexes
A Correction of mobility measurements for the effects of exponential
21
windowing . . . . . . . . . . .~.~.~.~.~.~~.~.~.~.
22
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B Bibliography
0 ISO 1994
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or utilized in any form or by any means, electronie or mechanical, including photocopying and
microfilm, without Permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-l 211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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CQ ISO ISO 7626-5: 1994(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. Esch 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 patt in the work. ISO
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
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 bedies casting
a vote.
International Standard ISO 7626-5 was prepared by Technical Committee
lSO/TC 108, Mechanical Vibration and shock.
ISO 7626 consists of the following Parts, under the general title Vibration
and shock - Experimental de termina tion of mechanical mobility:
- Part 1: Basic definitions and transducers
- Part 2: Measurements using Single-poin t transla tion excitation with
an a ttached vibra tion exciter
- Part 3: Mobility measurements using rotational excitation at a Single
poin t
- Part 4: Measurements of the en tire mobility matrix using attached
exciters
- Part 5: Measurements using impact excitation with an exciter which
is not a ttached to the s tructure
Annexes A and B of this part of ISO 7626 are for information only.
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ISO 7626-5: 1994(E) 0 ISO
Introduction
General introduction to ISO 7626 on mobility measurement
Dynamit characteristics of structures tan be determined as a function of
frequency from mobility measurements or measurements of the related
frequency-response functions, known as accelerance and dynamic com-
pliance. Esch of these frequency-response functions is the phasor of the
motion response at a Point on a structure due to a unit forte (or moment)
excitation. The magnitude and the Phase of these functions are frequency
dependent.
Accelerance and dynamic compliance differ from mobility only in that the
motion response is expressed in terms of acceleration or displacement,
respectively, instead of in terms of velocity. In Order to simplify the various
Parts of ISO 7626, only the term “mobility” will be used. lt is understood
that all test procedures and requirements described are also applicable to
the determination of accelerance and dynamic compliance.
Typical applications for mobility measurements are for:
predicting the dynamic response of structures to known or assumed
a)
input excitation;
determining the modal properties of a structure (natura1 frequencies,
b)
mode shapes and damping ratios);
predicting the dynamic interaction of interconnected structures;
d
checking the validity and improving the accuracy of mathematical
d)
models of structures;
determining dynamic properties (i.e. the complex modulus of elas-
e)
ticity) of materials in pure or composite forms.
r
rar some applications, a complete description of the dynamic character-
istics may be required using measurements of translational forces and
motions along three mutually perpendicular axes as well as measurements
of moments and rotational motions about these three axes. This set of
measurements results in a 6 x 6 mobility matrix for each location of in-
terest. For N locations on a structure, the System thus has an Overall mo-
bility matrix of size 6N x 6N.
For most practical applications, it is not necessary to know the entire
6N x 6N matrix. Often it is sufficient to measure the driving-Point mobility
and a few transfer mobilities by exciting with a forte at a Single Point in
a Single direction and measuring the translational response motions at key
Points on the structure. In other applications, only rotational mobilities may
be of interest.
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(E)
In Order to simplify the use of the various Parts of ISO 7626 in the various
mobility measurement tasks encountered in practice, ISO 7626 will be
published as a set of five separate Parts:
ISO 7626-1 covers basic definitions and transducers. The information in
ISO 7626-1 is common to most mobility measurement tasks.
ISO 7626-2 covers mobility measurements using Single-Point translational
excitation with an attached exciter.
ISO 7626-3 covers mobility measurements using Single-Point rotational
excitation with an attached exciter. This information is primarily intended
for rotor System rotational resonance predictions.
ISO 7626-4 covers measurements of the entire mobility matrix using at-
tached exciters. This includes the translational, rotational and combination
terms required for the 6 x 6 matrix for each location on the structure.
ISO 7626-5 (this part of ISO 7626) covers mobility measurements using
impact excitation with an exciter which is not attached to the structure.
Mechanical mobility is defined as the frequency-response function formed
by the ratio of the phasor of the translational or rotational response velocity
to the phasor of the applied forte or moment excitation. If the response
is measured with an accelerometer, conversion to velocity is required to
obtain the mobility. Alternatively, the ratio of acceleration to forte, known
as accelerance, may be used to characterize a structure. In other cases,
dynamic compliance, the ratio of displacement to forte, may be used.
NOTE 1 Historically, frequency-response functions of structures have often
been expressed in terms of the reciprocal of one of the above-named dynamic
characteristics. The arithmetic reciprocal of mechanical mobility has often been
called mechanical impedance. lt should be noted, however, that this is misleading
because the arithmetic reciprocal of mobility does not, in general, represent any
of the elements of the impedance matrix of the structure. Mobility test data cannot
be used directly as part of an analytic impedance model of the structure. To
achieve compatibility of the data and the model, the impedance matrix of the
model must be inverted to a mobility matrix, or vice versa. This Point is elaborated
upon in annex A sf ISO 7626~1:1986.
lntroduction to this part of ISO 7626
Impact excitation has become a popular method for measuring the fre-
quency response of structures because of its inherent Speed and relatively
low tost to implement. However, the accuracy of mobility measurements
made by using impact excitation is highly dependent upon both the char-
acteristics of the test structure and on the experimental techniques em-
ployed. With impact excitation, it may be difficult or impossible in certain
cases to obtain the accuracy which is attainable using continuous
excitation with an attached exciter, and the impact method carries an in-
creased danger of gross measurement errors. (See ref. [7]>. In spite of
these limitations, impact testing tan be an extremely useful excitation
technique when applied properly.
This part of ISO 7626 provides a guide to the use of impact excitation for
mobility measurements. Accurate mobility measurements always require
careful attention to equipment selection and to the measurement tech-
niques employed; these factors are especially important when using im-
patt excitation. Furthermore, the characteristics of the test structure,
especially its degree of nonlinearity, will limit the accuracy which tan be
achieved. Subclause 4.2 describes these limitations on the use of impact
excitation.
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(E)
Because the exciter is not attached to the structure, this method makes
it practical to measure a series of transfer mobilities of a structure by
moving the excitation successively to each desired Point on the structure,
while the response motion transducer remains at a Single fixed location
and direction. Due to the principle of dynamic reciprocity, such measure-
ments should be equal, assuming linearity, to the results obtained using
an attached exciter at the same fixed location and direction with the re-
sponse transducer relocated to each desired Point on the structure. How-
ever, it may be difficult to impact the structure in all desired directions at
certain locations, and in such cases it may be more practical to use impact
excitation at the fixed location and direction and relocate a multi-axis re-
sponse transducer to the desired response locations.
NOTE 2 The use of a multi-axis response transducer at a fixed location does not
provide information about the multi-axis response at other locations. For example,
if a fixed response transducer is used in performing measurements for a modal
test, and if the impact is applied in only a Single direction at each Point, then only
the mode shape components in that direction are obtained.
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INTERNATIONAL STANDARD 0 ISO ISO 7626-5: 1994(E)
Vibration and shock - Experimental determi
mechanical mobility -
Part 5:
Measurements using impact excitation with an exciter
which is not attached to the structure
This part of ISO 7626 is limited to the use of impact
1 Scope
excitation techniques for making accurate mobility
measurements.
This part of ISO 7626 specifies procedures for meas-
uring mechanical mobility and other frequency-
response functions of structures excited by means of
2 Normative references
a translational impulsive forte generated by an exciter
which is not attached to the structure under test.
The following Standards contain provisions which,
through reference in this text, constitute provisions
lt is applicable to the measurement of mobility,
of this part of ISO 7626. At the time of publication, the
accelerance or dynamic compliance, either as a driving
editions indicated were valid. All Standards are subject
Point measurement or as a transfer measurement,
to revision, and Parties to agreements based on this
using impact excitation. Other excitation methods,
part of ISO 7626 are encouraged to investigate the
such as step relaxation and transient random, lead to
possibility of applying the most recent editions of the
signal-processing requirements similar to those of
Standards indicated below. Members of IEC and ISO
impact data. However, such methods are outside the
maintain registers of currently valid International
scope of this part of ISO 7626 because they involve
Standards.
the use of an exciter which is attached to the struc-
ture.
ISO 2041 :1990, Vibration and shock - Vocabulary.
The Signal analysis methods covered are all based on
ISO 7626-1: 1986, Vibration and shock - Exper-
the discrete Fourier transform. This restriction in
imen tal determina tion of mechanical mobility -
scope is based solely on the wide availability of
Part 1: Basic definitions and transducers.
equipment which implements these methods and on
the large base of experience in using these methods.
ISO 7626-2:1990, Vibration and shock - Exper-
lt is not intended to exclude the use of other methods
imental determination of mechanical mobility -
currently under development.
Part 2: Measuremen ts using Single-poin t transla tion
excita tion with an a ttached vibra tion exciter.
Impact excitation is also widely used to obtain uncali-
brated frequency-response information. For example,
a qhk impact test which obtains approximate natura1 3 Definitions
*:requencies and mode shapes tan be quite helpful in
planning a random or sinusoidal test for accurate mo- For the purposes of this part of ISO 7626, the defi-
bility measurements. However, these uses of Impact nitions given in ISO 2041 apply. For convenience, the
excitation to obtain qualitative results should not be most important definitions used in this part of
ISO 7626 are given below.
confused with its use for mobility measurements.
1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 7626-5: 1994(E) 0 ISO
3.1 frequency-response function: The frequency- 8 The term “Point” designates a location and a direction.
The term “coordinate” has also been used with the Same
dependent ratio of the motion-response phasor to the
meaning as “Point ”.
phasor of the excitation forte.
[ISO 2041 d 1.511
NOTES
3 Frequency-response functions are properties of linear 3.4 frequency-averaged mobility magnitude: The
dynamic Systems which do not depend on the type of
r.m.s. value of the ratio, in metres per newton sec-
excitation function. Excitation tan be harmonic, random or
ond, of the magnitude of the velocity response at
transient functions of time. The test results obtained with
Point i to the magnitude of the exciting forte at the
one type of excitation tan thus be used for predicting the
same Point, averaged over specified frequency bands.
response of the System to any other type of excitation.
[ISO 2041, 1.521
4 Linearity of the System is a condition which, in practice,
will be met only approximately, depending on the type of
3.5 transfer (mechanical) mobility: The complex
System and on the magnitude of the input. Care has to be
ratio of the velocity, taken at one Point in a mechanical
taken to avoid nonlinear effects, particularly when applying
System, to the forte, taken at another Point in the
impulse excitation. Structures which are known to be non-
linear (for example, certain riveted structures) should not be same System, during simple harmonic motion.
tested with impulse excitation and great care is required
when using random excitation for testing such structures. NOTE 9 Transfer mobility is the frequency-response
function formed by the ratio, in metres per newton second,
5 Motion may be expressed in terms of either velocity,
of the velocity-response phasor at Points I to the excitation
acceleration or displacement; the corresponding frequency-
forte phasor applied at Point j with all Points other than j
response function designations are mobility, accelerance
allowed to respond freely without any constraints other than
and dynamic compliance or impedance, effective mass and
those constraints which represent the normal support of the
dynamic stiffness, respectively.
structure in its intended application.
[ISO 2041, 1.481
[ISO 2041, 1.531
6 Assuming linearity, the frequency-response function
3.6 energy spectral density: The power spectral
may be defined equivalently for transient excitation as the
density multiplied by the length, in seconds, of the
complex ratio of the Fourier transform of the motion re-
sponse to the Fourier transform of the excitation forte. In record which is used in the spectrum calculation of a
actual practice, the discrete Fourier transform (DFT) is used
transient Signal.
as an approximation of the continuous Fourier transform.
The errors of this approximation tan be reduced to levels
NOTE 10 This definition assumes that the transient sig-
below those of other measurement errors. Hence, the use
nal is entirely contained within the record. This normalization
of the DFT does not necessarily Iimit the accuracy of the
is needed in Order to obtain a spectral magnitude which is
measurement.
independent of the record length used in the finite Fourier
transform.
3.2 frequency range of interest: Span, in hertz,
from the lowest frequency to the highest frequency
at which mobility data are to be obtained in a given 4 General characteristics of impact
test series.
measurements
[ISO 2041, 1.491
4.1 General description
3.3 direct (mechanical) mobility; driving-Point
(mechanical) mobility, yii: The complex ratio of vel-
The instrumentation required for mobility measure-
ocity and forte taken at the same Point in a mechan-
ments using impact excitation consists of an impactor
ical System during simple harmonic motion.
with built-in forte transducer, one or more motion-
response transducers with their associated Signal
NOTES
conditioners, and a digital Fourier transform analysis
System or analyser having at least two simultaneous
7 Driving-Point mobility is the frequency-response function
input channels. The instrumentation System is shown
formed by the ratio, in metres per newton second, of the
schematically in figure 1. This part of ISO 7626 pro-
vetocity-response phasor at Point j to the excitation forte
vides information on the selection and use of these
phasor applied at the same Point with all other measure-
ment Points on the structure allowed to respond freely components.
without any constraints other than those constraints which
The forte and response Signals from each impact are
represent the normal support of the structure in its intended
application. anti-aliasing filtered and then digitally sampled using
2
---------------------- Page: 8 ----------------------
Q ISO
ISO 7626-5: 1994(E)
the transient Capture mode of the analyser. Esch of
d) damping restrictions;
the resulting digital records should represent a Single
e) dependance on Operator skill.
impact event. The discrete Fourier transform of each
record is computed by the analyser. Frequency do-
These limitations are discussed in 4.2.1 to 4.2.5.
main averaging 00 several frequency-response func-
tions obtained from impacts at a given Point may be
4.2.1 Nonlinearity restrictions
performed to improve the estimate.
Mobility measurements on structures which exhibit a
significant degree of nonlinearity will always demand
special precautions. In such cases, the use of
4.2 Advantages and limitations of impact
sinusoidal or random excitation with an attached
excitation
exciter is preferred, if practical, instead of the
impact-excitation technique.
Impact excitation offers the following intrinsic advan-
tages compared with the use of an attached exciter:
With the impact-excitation technique, the energy
needed to drive the response Signal to a certain
a) measurement Speed;
magnitude is put into the structure during a limited
patt of the time period used for analysis. Compared
b) ease of installation;
to sinusoidal or random excitation, the forte of the
impact pulse therefore has to be much larger and the
c) ease of relocating the excitation Point;
effects of nonlinearity are therefore increased.
d) minimal structural loading by the exciter.
For measurements on Systems with a significant de-
gree of nonlinearity, it is very important to keep a
On the other hand, the following limitations of impact
record of the forte used for the excitation and a rec-
excitation must be taken into account:
ord of the System response. In this aspect, the
sinusoidal excitation techniques are preferable. If a
a) nonlinearity restrictions;
hand-held hammer is used to generate the impacts,
the individual forte amplitudes may vary significantly.
b) signal-to-noise Problems;
The repeatability of such a measurement will be poor
c) limited frequency resolution;
for nonlinear Systems.
Structure under test
Output device
I 1
rrlmer/ ploner
Storage
oscilloscope
P ’-
1
I
------------------------- -m-w-
I
I r
ir 1
Mot ,ion-response
tran scher(s)
i
r--9 CL, ,1, 1
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’ 1 j I 1 I I t%iioners i
1
,
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;
‘-7 ‘T’ T T
l , \ t
I-
a Anti- &Anaiog/
I
I 3 DFT and FRF
IC aiiasing
- digital
L --.------------__----- -----------------------.
I
computation
I
L ----------------------------- -----------------__-___(
filter converter
. 1 l . l b
I
L ----------II--------------------
J
Fourier analysis System
Basic feature
----------- Optional feature
DFT
- Discrete Fourier transform
FRF
- Frequency-response function
Figure ll - Instrumentation block diagram for impact excitation
---------------------- Page: 9 ----------------------
0 ISO
ISO 762695:1994( E)
4.2.2 Signal-to-noise Problems
response Signal leads to a trade-off between fre-
quency resolution and background noise level, as
Because the average Signal levels are low compared
discussed in 4.2.3. This limitation tan also be under-
with the peak levels, impact measurements require a
stood as a manifestation of the inherently low average
very low noise testing environment and the maximum
energy level for a given impact forte magnitude.
possible dynamic range in the measurement System.
Heavily damped structures may require higher energy
This requirement may rule out the use of current
continuous excitation in Order to balance their high
analog tape-recording techniques.
internal energy dissipation characteristics and to
produce sufficient response data for accurate meas-
A significant noise Problem tan occur because the
urement.
forte Signal duration is short compared with the total
record length. This Situation tan result in the instru-
A different Problem occurs if the structure has ex-
mentation electrical noise and the mechanically in-
tremely light damping. The frequency-response func-
duced background noise having a mean Square value
tions of such a structure exhibit very sharp resonance
that is significant compared with the mean Square
peaks which will require high-resolution zoom meas-
value of the input forte. Such noise tan be reduced
urements for accurate definition, as discussed in
by the windowing techniques described in 8.5.
4.2.3. The use of an exponential decay window tan
help by adding a known amount of artificial decay to
the data. lf windowing is used, the resulting mobility
4.2.3 Limited frequency resolution
data shall be corrected, as described in 8.5 and
annex A.
The frequency increment, in hertz, which results from
a discrete Fourier transform (including the case of a
band-limited or “zoom” analysis) is equal to the re-
4.2.5 Dependence on Operator skill
ciprocal of the record length, in seconds. Because
each record represents a Single impact event, the
The accuracy of mobility measurements performed
record length is effectively limited to the time required
using a hand-held impact hammer depends on the
for the impulse response of the structure to decay to
ability of the Operator to maintain the correct location
the level of the background noise. Therefore, the fre-
and direction of impact. These effects tan normally
quency resolution attainable depends on both the re-
be held within acceptable limits if the impacts are
sponse of the structure and the background noise
applied carefully, but they may be significant if the
level. In some cases, it may be impractical (and un-
test structure is small, requiring vefy fine spatial res-
necessary) using impact excitation to achieve directly
olution.
the frequency resolution specified in ISO 7626-2;
however, accurate mobility values tan be obtained at
Operator skill is also required in Order to avoid
discrete frequencies with sufficiently fine resolution
impactor rebound; see 6.4.
for most applications. If the test structure exhibits
high modal density (i.e. multiple resonances within a
narrow frequency band), it may be difficult to achieve
sufficiently fine resolution for an accurate mobility
5 Support of the structure under test
measurement. In those cases, one of the steady-state
excitation methods with “zoom” analysis is preferred. Mobility measurements may be performed on struc-
tures either in an ungrounded condition (freely sus-
By its very nature, the spectrum of an impact extends
pended) or in a grounded condition (attached to one
from dc. to some upper frequency limit. (See
or more supports), depending on the objective of the
clause 6.) This inability to band limit the excitation
test.
spectrum restricts the usefulness of “zoom” analysis
for improving the frequency resolution of impact
measurements, and it places further demands on the
5.1 Ungrounded measurements
dynamic range of the measurement System. lt also
increases the danger of undetected overloads
Ungrounded measurements employ a compliant sus-
(clipping) in the measurement System due to high-
Pension of the test structure. The magnitudes of all
amplitude out-of-band Signals. See 6.3 and 8.4.
elements of the driving-Point mobility matrix of the
Suspension, at its Point(s) of attachment to the struc-
ture under test, should be at least ten times greater
4.2.4 Damping restrictions
than the magnitudes of the corresponding elements
Impact excitation has limitations for testing heavily of the mobility matrix of the structure at the Same
damped structures because the short duration of the attachment Point(s).
4
---------------------- Page: 10 ----------------------
Q ISO
ISO 7626=5:1994(E)
5.2 Grounded measurements skill of the Operator in maintaining the correct location
and direction of impact. For small test structures, it
Grounded measurements employ a support of the may be necessary to provide a suitable mechanical
test structure which is representative sf its support in
device to guide the impactor to a repeatable location
typical applications unless otherwise specified. A de-
and direction on the structure. For testing large
scription of the support and attachment should be in-
structures which require higher energy, the impactor
cluded in the test report. may take the form of a large mass suspended from
cables and either dropped or swung. Alternatively, a
smaller mass may be accelerated to a high impact
6 Application of the excitation
velocity by a spring, solenoid pneumatic actuator, or
other means.
6.1 Impactor design
The area of the impact surface of the tip should be
large enough to withstand the maximum forte em-
A typical impactor consists of a rigid mass with a
ployed without permanent deformation of either the
forte transducer attached to one end and an impact
tip or the test structure. On the other hand, a small
tip attached to the opposite side sf the forte
tip area may be necessary if very fine spatial resol-
transducer, as shown schematically in figure 2. The tip
ution of the location is required. The velocity vector
stiffness and impactor mass shall be selected as de-
of the impactor at the moment of impact should be in
scribed in 6.3, in Order to achieve a forte pulse of the
line with the sensing axis of the forte transducer and
desired duration and to avoid rebounds.
should be perpendicular to the surface of the test
For small values of impactor mass, the impactor often structure at the Point of impact within 10 ’. lt is gen-
takes the form of a hand-held hammer with inter-
erally easier to maintain the proper orientation if the
changeable tips and masses. However, the accuracy
impactor body is relatively long compared with its
obtained using a hand-held impactor depends on the
Cross-sectional dimensions.
Forte transducer
Interchangeable impactor tip
Figure 2 - Typical impactor
5
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 7626-5: 1994(E) 0 ISO
6.2 Forte spectrum characteristics the increase in frequency range achievable by in-
creasing the tip stiffness. In this case, a more effec-
A theoretical impulse of infinitesimal duration contains tive method of increasing the frequency range of the
equal energy at all frequencies. However, the spec- excitation is to reduce the mass of the impactor.
trum of any actual forte pulse has a
...
NO*RME
Iso
INTERNATIONALE 7626-5
Premiére Édition
1994-07-l 5
Vibrations et chocs - Détermination
expérimentale de la mobilité
mécanique -
Partie 5:
une excitation par choc
Mesurages à partir d
exci tateur non solidaire de la
appliquée par un
structure
- Experimen ta/ determina tion of mechanical
Vibration and shock
mobility -
Part 5: Measurements using impact excitation with an exciter which is not
attached to the structure
Numéro de référence
ISO 7626-5: 1994(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 7626=5:1994(F)
Sommaire
Page
1
. . . . . . .*.
1 Domaine d’application
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Reférences normatives
2
3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Caractéristiques générales des mesurages par la methode
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d’excitation par choc
5
..,.,,,.,,,.....,,...,,.....,...
5 Support de la structure soumise à l’essai
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
6 Application de l’excitation
10
.,.,.,.,.,,.,.,~,,.,.,.,.,.~,,.,.
7 Transducteurs
10
. . . . . . . . . . . . . . .*.
8 Traitement des signaux issus du transducteur
20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Validation des mesurages
Annexes
Correction des résultats de mesurages de mobilite après application
A
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
d’une fenêtre exponentielle
25
..,................,...,.,,.........,......,,,,,,..........................
B Bibliographie
0 60 1994
Droits de reproduction reserves. Sauf prescription differente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, electronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
ecrit de I’editeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1 211 Geneve 20 l Suisse
Imprime en Suisse
ii
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une féderation
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’elaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comites techniques de I’ISO. Chaque comite membre interesse par une
etude a le droit de faire partie du comite technique cree à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comites techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des co-
mites membres votants.
La Norme internationale ISO 7626-5 a éte elaboree par le comite techni-
que ISO/TC 108, Vibrations et chocs mecaniques.
L’ISO 7626 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
neral Vibrations et chocs - Determina tion expérimentale de la mobilite
mécanique:
- Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
- 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
- Partie 3: Mesurages de la mobilité avec utilisation d’une excitation
de rotation en un seul point
- Partie 4: Mesurages de la ma trice globale de mobilit6 avec utilisation
d’excitants Ii&
- Partie 5: Mesurages a partir d’une excitation par choc appliquée par
un excitateur non solidaire de la structure
Les annexes A et B de la présente partie de I’ISO 7626 sont données
uniquement à titre d’information.
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(F)
Introduction
Introduction générale à NS0 7626 sur le mesurage de la mobilité
Les caractéristiques dynamiques des structures peuvent être determinées
comme une fonction de la fréquence à partir des mesurages de la mobi-
lité, ou des fonctions de réponse en fréquence correspondantes, appelées
accelerance et souplesse (élasticité) dynamique. Chacune de ces fonctions
de réponse en fréquence est le vecteur tournant de la réponse du mou-
vement en un point de la structure, dû a la force (ou au moment) d’exci-
tation. L’amplitude et la phase de ces fonctions dépendent de la
fréquence.
L’accélération et la souplesse dynamique diffèrent de la mobilité uni-
quement dans le sens que la réponse du mouvement est exprimée res-
pectivement en termes d’acceleration et de déplacement au lieu
d’apparaître en termes de vitesse. Pour simplifier les differentes parties
de I’ISO 7626, on utilisera uniquement le terme (
moins entendu que toutes les methodes d’essai et les exigences requises
s’appliquent également à la determination de I’accelerance et de la sou-
plesse dynamique.
Les mesurages de la mobilite servent en général a:
a) prévoir la réponse dynamique des structures à une excitation d’entrée
connue ou supposée;
b) déterminer les propriétés modales d’une structure (fréquences natu-
relles, formes de mode et taux d’amortissement);
c) prévoir l’interaction dynamique de structures interconnectées;
d) verifier la validite et ameliorer l’exactitude des modeles mathéma-
tiques des structures;
e) determiner les propriétés dynamiques (c’est-à-dire le module com-
plexe d’élasticité) des matériaux sous une forme pure ou composite.
Pour certaines applications, une description complète des caractéristiques
dynamiques peut être requise à l’aide des mesures des forces de
translation et des mouvements le long de trois axes orthogonaux, de
même que des mesures de moments et mouvements de rotation autour
de ces trois axes. Cet ensemble de mesures fournit une matrice de mo-
bilité 6 x 6 pour chaque endroit examine. Pour N endroits d’une structure,
le système aura ainsi une matrice générale de mobilite correspondant à
6N x 6N.
En pratique et dans la plupart des cas, il n’est pas necessaire de connaître
la matrice 6N x 6N toute entière. II est souvent suffisant de mesurer la
mobilite du point d’application et quelques mobilites de transfert par exci-
tation d’un seul point dans une seule direction, puis de mesurer la réponse
iv
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0 ISO ISO 7626-5: 1994(F)
translationnelle aux points critiques de la structure. Dans d’autres applica-
tions, seules des mobilites rotationnelles peuvent présenter de l’inter-et.
Pour simplifier l’utilisation des differentes parties de I’ISO 7626 lors de
mesurages varies de la mobilité, effectues dans la pratique, I’ISO 7626 est
publiée sous forme d’un ensemble de cinq parties séparées.
L’ISO 7626-l concerne les definitions fondamentales et les transducteurs.
Les informations fournies dans I’ISO 7626-l sont communes à la plupart
des opérations de mesurage de la mobilite.
L’ISO 7626-2 concerne les mesurages de la mobilite à partir d’une exci-
tation translationnelle en un seul point à l’aide d’un générateur de vi-
brations solidaire de ce point.
L’ISO 7626-3 concerne les mesurages de la mobilite à partir d’une exci-
tation rotationnelle en un seul point à l’aide d’un générateur de vibrations
solidaire de ce point. Les informations fournies servent surtout à predire
la résonance en rotation d’un systéme rotor.
L’ISO 76264 concerne les mesurages de la matrice de mobilite toute en-
tiere à l’aide de générateurs de vibrations solidaires. Ceci inclut les termes
rendant compte des excitations translationnelles, rotationnelles et leurs
combinaisons pour la matrice 6 x 6 à chaque endroit de la structure.
L’ISO 7626-5 (la présente partie de I’ISO 7626) concerne les mesurages
de la mobilité à partir d’une excitation d’impact à l’aide d’un générateur
non fixe à la structure.
La mobilite mecanique est definie comme la fonction de réponse en fré-
quence formee par le rapport du vecteur tournant de la réponse en vi-
tesse, en translation et en rotation, au vecteur tournant de la force ou du
moment d’excitation appliques. Si la réponse est mesuree avec un accé-
Iéromètre, la conversion en vitesse est necessaire pour obtenir la mobilite.
Une autre solution est d’utiliser le rapport d’accéleration à la force, appele
accélérance, pour caractériser une structure. Dans d’autres cas, on peut
aussi utiliser la souplesse dynamique, à savoir le rapport du deplacement
à la force.
NOTE 1 Antérieurement, les fonctions de réponse en fréquence des structures
ont souvent été exprimées par des inverses d’une des caract&istiques mention-
nommé impé-
nées ci-dessus. L’inverse de la mobilité mécanique a souvent été
dance mhanique. II convient toutefois de noter qu’une confusion est possible, due
à l’utilisation de l’inverse de la mobilité qui, en général, n’est pas égal au terme
correspondant de la matrice impbdance. Les grandeurs qui permettent la déter-
mination de la mobilité ne peuvent être utilisées directement pour la dhermination
de l’impédance; la matrice de la mobilité et la matrice de l’impédance doivent donc
être inverties réciproquement pour obtenir la compatibilité des grandeurs. Ce point .
est traité dans I’ISO 7626-l :1986, annexe A.
Introduction B la présente partie de NS0 7626
La methode d’excitation par choc est aujourd’hui largement utilisée pour
mesurer la réponse en fréquence des structures, en raison de sa rapidite
et d’un coût de mise en œuvre relativement peu élevé. Cependant,
l’exactitude des determinations de la mobilite effectuées par cette mé-
thode dépend fortement des caractéristiques de la structure essayée et
des méthodes expérimentales utilisees. II est donc parfois difficile, et dans
certains cas impossible, d’obtenir une exactitude équivalente a celle que
l’on peut atteindre avec des methodes d’excitation continue avec exci-
tateur solidaire de la structure; par ailleurs, le risque de commettre des
erreurs grossières de mesurage est plus important avec une excitation par
choc. (Voir [7]). Malgré ces limites, cette méthode peut s’avber extrê-
mement utile lorsqu’elle est appliquée convenablement.
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0 ISO
ISO 7626-5:1994(F)
La présente partie de I’ISO 7626 constitue un guide d’utilisation de la
technique d’excitation par choc pour la determination de la mobilité. En
matière de mesurages de mobilité, il est toujours nécessaire, pour obtenir
des résultats précis, d’être tres attentif au choix des équipements et aux
techniques de mesurage utilisées; ces facteurs sont particulièrement im-
portants dans le cas de la methode d’excitation par choc. Par ailleurs, les
caractéristiques de la structure soumise à l’essai, notamment son degré
de non-linéarité, limitent l’exactitude pouvant être atteinte. Ces limites
d’utilisation de la methode d’excitation par choc sont décrites dans le pa-
ragraphe 4.2.
L’excitateur n’étant pas solidaire de la structure, cette méthode se prête
bien au mesurage d’une serie de valeurs de la mobilité de transfert d’une
structure, réalisé en déplaçant successivement l’excitation en chacun des
points que l’on souhaite étudier tandis que la position et la direction du
transducteur qui enregistre la réponse dynamique restent fixes. D’après
le principe de réciprocité dynamique, et dans l’hypothèse de linearite du
système, les résultats ainsi obtenus doivent normalement être égaux à
ceux de mesurages réalises en plaçant un excitateur solidaire de la struc-
ture en un point et dans une direction fixes et en déplaçant le transducteur
de réponse. II peut cependant être difficile, en certains points, d’appliquer
le choc à la struture dans toutes les directions souhaitées; dans ce cas, il
est parfois plus pratique d’appliquer une excitation par choc au point et
selon la direction fixes et de déplacer un transducteur multidirectionnel
aux points où l’on souhaite mesurer la réponse de la structure.
NOTE 2 L’utilisation d’un transducteur de réponse multidirectionnel en un point
fixe ne fournit pas de données sur la réponse multidirectionnelle en d’autres
points. Si l’on emploie, par exemple, un transducteur de réponse fixe pour des
mesurages destines à une analyse modale, et si le choc est applique en chaque
point suivant une direction unique, seules les composantes modales correspon-
dant à cette direction seront obtenues.
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NORME INTERNATIONALE 0 ISO ISO 7626-5: 1994(F)
Vibrations et chocs - Détermination expérimentale
de la mobilité mécanique -
Partie 5:
Mesurages à partir d’une excitation par choc appliquée par
un excitateur non solidaire de la structure
essai par excitation sinusoi’dale ou aleatoire permet-
1 Domaine d’application
tant un mesurage précis de la mobilite. II convient
cependant de ne pas confondre ces utilisations de la
La présente partie de I’ISO 7626 prescrit des procé-
methode d’excitation par choc, qui visent à l’obtention
dures recommandees pour la determination de la
de resultats qualitatifs, avec son application aux me-
mobilite mécanique, ou d’autres fonctions de réponse
surages de mobilite. La présente partie de I’ISO 7626
en fréquence, de structures excitees par une force
s’applique uniquement aux utilisations des techniques
impulsionnelle de translation, genérée par un exci-
d’excitation par choc dont l’objectif est le mesurage
tateur non solidaire de la structure soumise à l’essai.
précis de la mobilité.
Elle s’applique au mesurage par la méthode d’exci-
tation par choc des valeurs directes ou de transfert
de la mobilité, de I’accelerance ou de la souplesse
2 Références normatives
dynamique. D’autres méthodes d’excitation, telles
que l’excitation paf relaxation progressive et I’exci- Les normes suivantes contiennent des dispositions
tation aleatoire transitoire, posent des problémes si- qui, par suite de la reference qui en est faite, consti-
milaires de traitement du signal. Elle sont cependant tuent des dispositions valables pour la présente partie
exclues du cadre de la présente partie de I’ISO 7626, de I’ISO 7626. Au moment de la publication, les édi-
car elles impliquent l’utilisation d’excitateurs solidaires tions indiquees étaient en vigueur. Toute norme est
de la structure.
sujette à revision et les parties prenantes des accords
fondes sur la présente partie de I’ISO 7626 sont invi-
Les méthodes d’analyse du signal decrites ici font
tees à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
intervenir la transformation de Fourier discrete. L’uni-
les plus recentes des normes indiquées ci-aprés. Les
que raison d’être de cette restriction est l’existence
membres de la CEI et de I’ISO possedent le registre
de nombreux materiels permettant la mise en œuvre
des Normes internationales en vigueur à un moment
de ces methodes et l’importance de l’expérience ac-
donne.
quise dans leur utilisation. Elle ne vise en aucun cas
à exclure l’utilisation d’autres méthodes actuellement
ISO 2041 :1990, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
en cours de mise au point.
ISO 7626-l :1986, Vibrations et chocs - Détermi’
La méthode d’excitation par choc est également lar-
nation expérimentale de la mobilitt5 mécanique -
goment utilisée pour obtenir des valeurs approchées
Partie 1: Dbfinitions fondamen tales et transducteurs.
de la réponse en fréquence des structures. Par
exemple, un essai rapide permettant de determiner ISO 7626.2:1990, Vibrations et chocs - Détermi-
approximativement les fréquences et les modes pro- nation expérimentale de la mobilitd mécanique -
pres peut être d’une grande utilité pour préparer un Partie 2: Mesurages avec utilisation d’une excitation
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ISO 7626-5: 1994(F) 0 ISO
de translation en un seul point, au moyen d’un géné- 3.2 domaine de fréquence représentatif: Intervalle
ra teur de vibrations solidaire de ce point.
en hertz partant de la fréquence la plus basse pour
aller à la fréquence la plus haute auxquelles, par
exemple, on doit obtenir les données de mobilite dans
une série d’essais donnée.
[ISO 2041, 1.491
3 Définitions
3.3 mobilité (mécanique) directe; mobilité (mé-
canique) au point d’application, yij: Rapport com-
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 7626,
plexe d’une vitesse et d’une force mesurees au
les definitions données dans I’ISO 2041 s’appliquent.
même point dans un système mécanique pendant un
Pour plus de commodité, les plus importantes de ces
mouvement harmonique simple.
definitions employées dans la présente partie de
I’ISO 7626 sont donnees ci-dessous.
NOTES
7 La mobilité du point d’application est la fonction de ré-
3.1 fonction de réponse en fréquence (fonction
ponse en fréquence constituée par le rapport, en mètres par
de transfert): Rapport selectif entre le vecteur tour-
newton seconde, du vecteur tournant de la repense en vi-
nant de réponse au mouvement et le vecteur tournant
tesse au point j, au vecteur tournant de la force d’excitation
de la force d’excitation.
appliquée au même point, tous les autres points de mesure
de la structure pouvant répondre librement sans aucune
NOTES
autre contrainte que celle que représente le support normal
de la structure dans l’application prevue pour cette struc-
3 Les fonctions de repense en fréquence sont des pro-
ture.
priétés des systèmes dynamiques linéaires qui ne dépen-
dent pas du type de fonction d’excitation. L’excitation peut
8 Le terme «point)) désigne un emplacement et une di-
être une fonction du temps harmonique, aléatoire ou tran-
rection. Le terme ((coordonnée» a également été utilise
sitoire. Les résultats d’essai obtenus avec un type d’exci-
avec la même signification que ((point».
tation peuvent donc être utilises pour prévoir la réponse du
système a tout autre type d’excitation.
[ISO 2041, 1.511
4 La linéarité du système est une condition qui, dans la
pratique, n’est respectée que de façon approximative selon
3.4 amplitude de la mobilité moyenne en fré-
le type de système et l’amplitude de l’entrée. II faudrait
quence: Valeur quadratique moyenne du rapport, en
prendre soin d’éviter les effets non linéaires, surtout lors-
qu’on applique une excitation impulsionnelle. Les structures metres par newton seconde, de l’amplitude de la re-
qui sont reconnues comme non linéaires (par exemple cer-
ponse en vitesse au point i, à l’amplitude de la force
taines structures rivetées) ne devraient pas être soumises
d’excitation au même point, moyennée sur des ban-
a des essais avec une excitation impulsionnelle et il
des de fréquences spécifiées.
convient de faire très attention lorsqu’on utilise une exci-
tation aléatoire pour essayer ces structures.
[ISO 2041, 1.521
5 Le mouvement peut s’exprimer en termes de vitesse,
d’accélération ou de déplacement. Les désignations corres-
3.5 mobilité (mécanique) de transfert: Rapport
pondantes de la fonction de réponse en fréquence sont
complexe de la vitesse prise en un point d’un sys-
respectivement la mobilité, I’accélérance et la souplesse
dynamique ou l’impédance, la masse effective et la raideur terne mécanique à la force mesuree en un autre point
dynamique.
dans le même systéme pendant un mouvement har-
monique simple.
[ISO 2041-l ,481
NOTE 9 La mobilité de transfert est la fonction de ré-
6 Dans l’hypothèse de linéarité, la fonction de transfert
ponse en fréquence constituée par le rapport, exprime en
décrivant la réponse du systeme peut être définie de la
mètres par newton seconde, du vecteur tournant de la ré-
meme manière pour une excitation transitoire, comme le
ponse en vitesse au point i, au vecteur tournant de la force
rapport complexe des transformees de Fourier de la ré-
d’excitation appliquée au point j, tous les points autres que
ponse et de la force d’excitation. En pratique, on utilise la
j pouvant répondre librement sans autre contrainte que celle
transformée de Fourier discrète (TFD) comme approxi-
que représente le support norma9 de la structure dans I’ap-
mation de la transformée de Fourier continue. L’erreur ré-
plication prevue pour cette structure.
sultante peut être ramenée à une valeur inférieure à celle
des autres erreurs de mesurage. L’utilisation de la TFD ne
[ISO 2041, 1.531
limite donc pas nécessairement l’exactitude du mesurage.
2
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(F)
3.6 densitb spectrale d’bnergie: Densité spectrale d’analyse numérique, ou un analyseur, réalisant la
de puissance multipliee par la durée, en secondes, de transformation de Fourier discrete et comportant au
l’enregistrement utilise pour calculer le spectre d’un
moins deux canaux d’entrée simultanés. Le dispositif
signal transitoire. de mesurage est represente schématiquement à la
figure 1. La présente partie de I’ISO 7626 fournit des
NOTE 10 Dans cette définition, le signal transitoire est
informations sur le choix et l’utilisation des élements
par hypothése entièrement contenu dans l’enregistrement.
composants de ce dispositif.
Cette condition est nécessaire pour obtenir une amplitude
spectrale indépendante de la durée de l’enregistrement uti-
Les signaux représentatifs de la force et de la réponse
lisée dans la transformation de Fourier finie.
(signaux force et réponse) obtenus aprés chaque choc
sont filtres de façon à supprimer les erreurs de re-
4 Caractéristiques générales des
pliement, puis font l’objet d’un échantillonnage nu-
mesurages par la méthode d’excitation
mérique effectue en utilisant l’analyseur en mode
enregistrement de signaux transitoires. Chacun des
par choc
enregistrements
numériques obtenus doit nor-
malement représenter un seul evenement (choc).
4.1 Description générale
L’analyseur calcule la transformée de Fourier discrete
de chacun des enregistrements. Pour ameliorer la
Les instruments de mesure necessaires à la determi-
qualité de l’estimation, on peut effectuer un
nation de la mobilite par la methode d’excitation par
moyennage, qui est fonction de la fréquence, des
choc comprennent un dispositif d’application de chocs
fonctions de repense en fréquence obtenues en ap-
avec transducteur de force intégré, un ou plusieurs
pliquant plusieurs chocs successifs en un point
transducteurs de réponse (en mouvement) et les
donne.
conditionneurs de signal associes, et un systéme
Structure soumise 8 l’essai
Dispositif de sortie
1 lmprimafite/trrceur 1
scilloscope
m6moire
y--
1
I
r-------------------------
/i ! I
Transducteurh)
de r6ponse
i -------------------------------
Systhe d’analyse de Fourier ’
hnents de base
----------- ÉMments facultatifs
TFD = Transformh de Fourier disctbte
FT - Fonction de rbponse en ffbquence (fonction de transfert)
Figure 1 - Schéma fonctionnel du dispositif utilisé dans la mbthode d’excitation par choc
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ISO 7626-5: 1994(F) 0 ISO
de la force peut varier sensiblement d’un essai a
4.2 Avantages et limites de la méthode
l’autre. La répétabilité des mesurages sera donc mé-
d’excitation par choc
diocre pour les systèmes non lineaires.
Comparée aux méthodes utilisant un excitateur soli-
daire de la structure, la technique d’excitation par
4.2.2 Problhmes relatifs au rapport signallbruit
choc offre les avantages suivants:
Comme le niveau moyen des signaux obtenus lors
a) rapidité du mesurage;
des mesurages par choc est faible au regard du ni-
veau de crête, la technique d’excitation par choc ne-
b) facilite d’installation;
cessite un environnement d’essai très peu bruyant et
un système de mesurage possédant une gamme dy-
c) facilite de déplacement du point d’excitation;
namique aussi étendue que possible. Cet impératif
peut exclure la possibilité d’utiliser les techniques
d) réduction au minimum de la surcharge apportée
courantes d’enregistrement analogique sur bandes
par l’excitateur.
magnétiques.
Les inconvenients suivants de l’excitation par choc
Le bruit peut poser un probléme important, car la du-
doivent toutefois être pris en consideration:
rée du signal force est courte comparée à la duree
totale de l’enregistrement. La valeur quadratique
a) restrictions liées à la non-linéarité;
moyenne du bruit électrique produit par les instru-
ments et du bruit de fond d’origine mécanique peut
b) problèmes relatifs au rapport signal/bruit;
par conséquent devenir non négligeable par rapport à
celle de la force appliquée. L’application de fenêtres
c) limites de résolution en fréquence;
selon les methodes décrites en 8.5 peut permettre
de réduire ce bruit.
d) restrictions liées à l’amortissement;
e) influence de la dexterite de l’opérateur.
4.2.3 Limites de résolution en frbquence
Ces limites font l’objet d’une discussion en 4.2.1 à
L’intervalle, en hertz, séparant deux fréquences dis-
4.2.5.
cretes à l’issue d’une transformation de Fourier dis-
crète (y compris dans le cas d’une analyse restreinte
à une bande de largeur limitée, dite de type
4.2.1 Restrictions liées à la non-linéarité
((zoom))), est égal à l’inverse de la duree de I’enre-
gistrement, en secondes. Comme chaque enregis-
La determination de la mobilité des structures pré-
trement représente un seul choc, sa durée est
sentant un important degré de non-linearite exige
effectivement limitée au temps nécessaire pour que
toujours certaines précautions. Dans de tels cas, il est
la réponse de la structure a l’impulsion s’amortisse
préférable d’appliquer, si possible, une excitation
jusqu’à atteindre le niveau du bruit de fond. La réso-
sinusoi’dale ou aléatoire avec un excitateur solidaire
lution en fréquence pouvant être obtenue dépend par
de la structure plutôt que d’utiliser la technique d’ex-
conséquent à la fois de la réponse de la structure et
citation par choc.
du niveau du bruit de fond. Dans certains cas, il peut
Avec la technique d’excitation par choc, l’energie ne- être difficile (et inutile) d’utiliser la méthode d’exci-
cessaire pour porter le signal réponse à une certaine tation par choc pour obtenir directement la résolution
amplitude n’est apportée à la structure que pendant en fréquence prescrite dans I’ISO 7626-2. II est ce-
une fraction limitee de la durée de l’analyse. La force pendant possible d’obtenir des valeurs précises de la
appliquée lors du choc doit donc être bien plus im- mobilité à des fréquences discretes avec une resolu-
portante que dans le cas d’une excitation sinusoïdale tion suffisante pour la plupart des applications. Si la
ou aléatoire, et les effets de la non-linearite s’en
structure soumise à l’essai présente une densite mo-
trouvent accrus.
dale elevee (c’est-à-dire plusieurs resonances sur une
bande de fréquence étroite), il peut être difficile d’ob-
II est trés important, lors des mesurages effectues sur
tenir une resolution suffisante pour réaliser un mesu-
des systèmes présentant un important degré de non-
rage précis de la mobilite. Dans ce cas, il est
linéarité, d’avoir un enregistrement de la force d’exci-
préférable d’utiliser l’une des methodes d’excitation
tation et un enregistrement de la réponse du
continue, avec analyse de type ((zoom)).
système. De ce point de vue, il est donc préférable
d’appliquer une excitation sinusoi’dale. Si le choc est Le spectre d’un choc s’étend, par définition, de la
applique manuellement, avec un marteau, l’amplitude fréquence nulle (valeur moyenne) à une limite supé-
4
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0 ISO
ISO 7626=5:1994(F)
rieure donnee. (Voir article 6.) Cette impossibilite de
5 Support de la structure soumise à
limiter la largeur du spectre de l’excitation restreint
l’essai
I’utilite de l’analyse de type ((zoom)) pour ameliorer la
résolution en fréquence des mesurages et impose
Suivant l’objet assigne à l’essai, les mesurages de
des contraintes supplémentaires quant à la gamme
mobilité peuvent être realis6s sur des structures de-
dynamique du systéme de mesurage. Elle augmente
pourvues d’appui au sol (librement suspendues) ou
également le risque de surcharges non detectées
bien sur des structures ayant un appui au sol (fixées
dans le système de mesurage (écrêtage) qui résultent
sur un ou plusieurs supports).
de l’existence de signaux hors-bande d’amplitude
elevee. (Voir 6.3 et 8.4.)
5.1 Mesurages sur une structure sans appui
au sol
4.2.4 Restrictions liees 81 l’amortissement
Pour effectuer ce type de mesurages, on utilise un
Une des limites de la technique d’excitation par choc
mode de suspension souple de la structure soumise
concerne son application aux structures fortement
à l’essai. La valeur de tous les Mments figurant dans
amorties car, dans ce cas, la courte durée du signal
la matrice de mobilite directe de la suspension, au(x)
réponse necessite de trouver un compromis entre la
point(s) où elle est fixée à la structure soumise à
resolution en fréquence et le niveau du bruit de fond,
l’essai, devrait être dix fois supérieure au moins à
probléme discute en 4.2.3. Cette limite peut
celle des 6léments correspondants de la matrice de
également être interprétée comme une cons
...
NO*RME
Iso
INTERNATIONALE 7626-5
Premiére Édition
1994-07-l 5
Vibrations et chocs - Détermination
expérimentale de la mobilité
mécanique -
Partie 5:
une excitation par choc
Mesurages à partir d
exci tateur non solidaire de la
appliquée par un
structure
- Experimen ta/ determina tion of mechanical
Vibration and shock
mobility -
Part 5: Measurements using impact excitation with an exciter which is not
attached to the structure
Numéro de référence
ISO 7626-5: 1994(F)
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ISO 7626=5:1994(F)
Sommaire
Page
1
. . . . . . .*.
1 Domaine d’application
1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Reférences normatives
2
3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 Caractéristiques générales des mesurages par la methode
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
d’excitation par choc
5
..,.,,,.,,,.....,,...,,.....,...
5 Support de la structure soumise à l’essai
5
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
6 Application de l’excitation
10
.,.,.,.,.,,.,.,~,,.,.,.,.,.~,,.,.
7 Transducteurs
10
. . . . . . . . . . . . . . .*.
8 Traitement des signaux issus du transducteur
20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9 Validation des mesurages
Annexes
Correction des résultats de mesurages de mobilite après application
A
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
d’une fenêtre exponentielle
25
..,................,...,.,,.........,......,,,,,,..........................
B Bibliographie
0 60 1994
Droits de reproduction reserves. Sauf prescription differente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, electronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
ecrit de I’editeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1 211 Geneve 20 l Suisse
Imprime en Suisse
ii
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ISO 7626-5: 1994(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une féderation
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’elaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comites techniques de I’ISO. Chaque comite membre interesse par une
etude a le droit de faire partie du comite technique cree à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comites techniques
sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme
Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des co-
mites membres votants.
La Norme internationale ISO 7626-5 a éte elaboree par le comite techni-
que ISO/TC 108, Vibrations et chocs mecaniques.
L’ISO 7626 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
neral Vibrations et chocs - Determina tion expérimentale de la mobilite
mécanique:
- Partie 1: Définitions fondamentales et transducteurs
- 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
- Partie 3: Mesurages de la mobilité avec utilisation d’une excitation
de rotation en un seul point
- Partie 4: Mesurages de la ma trice globale de mobilit6 avec utilisation
d’excitants Ii&
- Partie 5: Mesurages a partir d’une excitation par choc appliquée par
un excitateur non solidaire de la structure
Les annexes A et B de la présente partie de I’ISO 7626 sont données
uniquement à titre d’information.
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(F)
Introduction
Introduction générale à NS0 7626 sur le mesurage de la mobilité
Les caractéristiques dynamiques des structures peuvent être determinées
comme une fonction de la fréquence à partir des mesurages de la mobi-
lité, ou des fonctions de réponse en fréquence correspondantes, appelées
accelerance et souplesse (élasticité) dynamique. Chacune de ces fonctions
de réponse en fréquence est le vecteur tournant de la réponse du mou-
vement en un point de la structure, dû a la force (ou au moment) d’exci-
tation. L’amplitude et la phase de ces fonctions dépendent de la
fréquence.
L’accélération et la souplesse dynamique diffèrent de la mobilité uni-
quement dans le sens que la réponse du mouvement est exprimée res-
pectivement en termes d’acceleration et de déplacement au lieu
d’apparaître en termes de vitesse. Pour simplifier les differentes parties
de I’ISO 7626, on utilisera uniquement le terme (
moins entendu que toutes les methodes d’essai et les exigences requises
s’appliquent également à la determination de I’accelerance et de la sou-
plesse dynamique.
Les mesurages de la mobilite servent en général a:
a) prévoir la réponse dynamique des structures à une excitation d’entrée
connue ou supposée;
b) déterminer les propriétés modales d’une structure (fréquences natu-
relles, formes de mode et taux d’amortissement);
c) prévoir l’interaction dynamique de structures interconnectées;
d) verifier la validite et ameliorer l’exactitude des modeles mathéma-
tiques des structures;
e) determiner les propriétés dynamiques (c’est-à-dire le module com-
plexe d’élasticité) des matériaux sous une forme pure ou composite.
Pour certaines applications, une description complète des caractéristiques
dynamiques peut être requise à l’aide des mesures des forces de
translation et des mouvements le long de trois axes orthogonaux, de
même que des mesures de moments et mouvements de rotation autour
de ces trois axes. Cet ensemble de mesures fournit une matrice de mo-
bilité 6 x 6 pour chaque endroit examine. Pour N endroits d’une structure,
le système aura ainsi une matrice générale de mobilite correspondant à
6N x 6N.
En pratique et dans la plupart des cas, il n’est pas necessaire de connaître
la matrice 6N x 6N toute entière. II est souvent suffisant de mesurer la
mobilite du point d’application et quelques mobilites de transfert par exci-
tation d’un seul point dans une seule direction, puis de mesurer la réponse
iv
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0 ISO ISO 7626-5: 1994(F)
translationnelle aux points critiques de la structure. Dans d’autres applica-
tions, seules des mobilites rotationnelles peuvent présenter de l’inter-et.
Pour simplifier l’utilisation des differentes parties de I’ISO 7626 lors de
mesurages varies de la mobilité, effectues dans la pratique, I’ISO 7626 est
publiée sous forme d’un ensemble de cinq parties séparées.
L’ISO 7626-l concerne les definitions fondamentales et les transducteurs.
Les informations fournies dans I’ISO 7626-l sont communes à la plupart
des opérations de mesurage de la mobilite.
L’ISO 7626-2 concerne les mesurages de la mobilite à partir d’une exci-
tation translationnelle en un seul point à l’aide d’un générateur de vi-
brations solidaire de ce point.
L’ISO 7626-3 concerne les mesurages de la mobilite à partir d’une exci-
tation rotationnelle en un seul point à l’aide d’un générateur de vibrations
solidaire de ce point. Les informations fournies servent surtout à predire
la résonance en rotation d’un systéme rotor.
L’ISO 76264 concerne les mesurages de la matrice de mobilite toute en-
tiere à l’aide de générateurs de vibrations solidaires. Ceci inclut les termes
rendant compte des excitations translationnelles, rotationnelles et leurs
combinaisons pour la matrice 6 x 6 à chaque endroit de la structure.
L’ISO 7626-5 (la présente partie de I’ISO 7626) concerne les mesurages
de la mobilité à partir d’une excitation d’impact à l’aide d’un générateur
non fixe à la structure.
La mobilite mecanique est definie comme la fonction de réponse en fré-
quence formee par le rapport du vecteur tournant de la réponse en vi-
tesse, en translation et en rotation, au vecteur tournant de la force ou du
moment d’excitation appliques. Si la réponse est mesuree avec un accé-
Iéromètre, la conversion en vitesse est necessaire pour obtenir la mobilite.
Une autre solution est d’utiliser le rapport d’accéleration à la force, appele
accélérance, pour caractériser une structure. Dans d’autres cas, on peut
aussi utiliser la souplesse dynamique, à savoir le rapport du deplacement
à la force.
NOTE 1 Antérieurement, les fonctions de réponse en fréquence des structures
ont souvent été exprimées par des inverses d’une des caract&istiques mention-
nommé impé-
nées ci-dessus. L’inverse de la mobilité mécanique a souvent été
dance mhanique. II convient toutefois de noter qu’une confusion est possible, due
à l’utilisation de l’inverse de la mobilité qui, en général, n’est pas égal au terme
correspondant de la matrice impbdance. Les grandeurs qui permettent la déter-
mination de la mobilité ne peuvent être utilisées directement pour la dhermination
de l’impédance; la matrice de la mobilité et la matrice de l’impédance doivent donc
être inverties réciproquement pour obtenir la compatibilité des grandeurs. Ce point .
est traité dans I’ISO 7626-l :1986, annexe A.
Introduction B la présente partie de NS0 7626
La methode d’excitation par choc est aujourd’hui largement utilisée pour
mesurer la réponse en fréquence des structures, en raison de sa rapidite
et d’un coût de mise en œuvre relativement peu élevé. Cependant,
l’exactitude des determinations de la mobilite effectuées par cette mé-
thode dépend fortement des caractéristiques de la structure essayée et
des méthodes expérimentales utilisees. II est donc parfois difficile, et dans
certains cas impossible, d’obtenir une exactitude équivalente a celle que
l’on peut atteindre avec des methodes d’excitation continue avec exci-
tateur solidaire de la structure; par ailleurs, le risque de commettre des
erreurs grossières de mesurage est plus important avec une excitation par
choc. (Voir [7]). Malgré ces limites, cette méthode peut s’avber extrê-
mement utile lorsqu’elle est appliquée convenablement.
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ISO 7626-5:1994(F)
La présente partie de I’ISO 7626 constitue un guide d’utilisation de la
technique d’excitation par choc pour la determination de la mobilité. En
matière de mesurages de mobilité, il est toujours nécessaire, pour obtenir
des résultats précis, d’être tres attentif au choix des équipements et aux
techniques de mesurage utilisées; ces facteurs sont particulièrement im-
portants dans le cas de la methode d’excitation par choc. Par ailleurs, les
caractéristiques de la structure soumise à l’essai, notamment son degré
de non-linéarité, limitent l’exactitude pouvant être atteinte. Ces limites
d’utilisation de la methode d’excitation par choc sont décrites dans le pa-
ragraphe 4.2.
L’excitateur n’étant pas solidaire de la structure, cette méthode se prête
bien au mesurage d’une serie de valeurs de la mobilité de transfert d’une
structure, réalisé en déplaçant successivement l’excitation en chacun des
points que l’on souhaite étudier tandis que la position et la direction du
transducteur qui enregistre la réponse dynamique restent fixes. D’après
le principe de réciprocité dynamique, et dans l’hypothèse de linearite du
système, les résultats ainsi obtenus doivent normalement être égaux à
ceux de mesurages réalises en plaçant un excitateur solidaire de la struc-
ture en un point et dans une direction fixes et en déplaçant le transducteur
de réponse. II peut cependant être difficile, en certains points, d’appliquer
le choc à la struture dans toutes les directions souhaitées; dans ce cas, il
est parfois plus pratique d’appliquer une excitation par choc au point et
selon la direction fixes et de déplacer un transducteur multidirectionnel
aux points où l’on souhaite mesurer la réponse de la structure.
NOTE 2 L’utilisation d’un transducteur de réponse multidirectionnel en un point
fixe ne fournit pas de données sur la réponse multidirectionnelle en d’autres
points. Si l’on emploie, par exemple, un transducteur de réponse fixe pour des
mesurages destines à une analyse modale, et si le choc est applique en chaque
point suivant une direction unique, seules les composantes modales correspon-
dant à cette direction seront obtenues.
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NORME INTERNATIONALE 0 ISO ISO 7626-5: 1994(F)
Vibrations et chocs - Détermination expérimentale
de la mobilité mécanique -
Partie 5:
Mesurages à partir d’une excitation par choc appliquée par
un excitateur non solidaire de la structure
essai par excitation sinusoi’dale ou aleatoire permet-
1 Domaine d’application
tant un mesurage précis de la mobilite. II convient
cependant de ne pas confondre ces utilisations de la
La présente partie de I’ISO 7626 prescrit des procé-
methode d’excitation par choc, qui visent à l’obtention
dures recommandees pour la determination de la
de resultats qualitatifs, avec son application aux me-
mobilite mécanique, ou d’autres fonctions de réponse
surages de mobilite. La présente partie de I’ISO 7626
en fréquence, de structures excitees par une force
s’applique uniquement aux utilisations des techniques
impulsionnelle de translation, genérée par un exci-
d’excitation par choc dont l’objectif est le mesurage
tateur non solidaire de la structure soumise à l’essai.
précis de la mobilité.
Elle s’applique au mesurage par la méthode d’exci-
tation par choc des valeurs directes ou de transfert
de la mobilité, de I’accelerance ou de la souplesse
2 Références normatives
dynamique. D’autres méthodes d’excitation, telles
que l’excitation paf relaxation progressive et I’exci- Les normes suivantes contiennent des dispositions
tation aleatoire transitoire, posent des problémes si- qui, par suite de la reference qui en est faite, consti-
milaires de traitement du signal. Elle sont cependant tuent des dispositions valables pour la présente partie
exclues du cadre de la présente partie de I’ISO 7626, de I’ISO 7626. Au moment de la publication, les édi-
car elles impliquent l’utilisation d’excitateurs solidaires tions indiquees étaient en vigueur. Toute norme est
de la structure.
sujette à revision et les parties prenantes des accords
fondes sur la présente partie de I’ISO 7626 sont invi-
Les méthodes d’analyse du signal decrites ici font
tees à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
intervenir la transformation de Fourier discrete. L’uni-
les plus recentes des normes indiquées ci-aprés. Les
que raison d’être de cette restriction est l’existence
membres de la CEI et de I’ISO possedent le registre
de nombreux materiels permettant la mise en œuvre
des Normes internationales en vigueur à un moment
de ces methodes et l’importance de l’expérience ac-
donne.
quise dans leur utilisation. Elle ne vise en aucun cas
à exclure l’utilisation d’autres méthodes actuellement
ISO 2041 :1990, Vibrations et chocs - Vocabulaire.
en cours de mise au point.
ISO 7626-l :1986, Vibrations et chocs - Détermi’
La méthode d’excitation par choc est également lar-
nation expérimentale de la mobilitt5 mécanique -
goment utilisée pour obtenir des valeurs approchées
Partie 1: Dbfinitions fondamen tales et transducteurs.
de la réponse en fréquence des structures. Par
exemple, un essai rapide permettant de determiner ISO 7626.2:1990, Vibrations et chocs - Détermi-
approximativement les fréquences et les modes pro- nation expérimentale de la mobilitd mécanique -
pres peut être d’une grande utilité pour préparer un Partie 2: Mesurages avec utilisation d’une excitation
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ISO 7626-5: 1994(F) 0 ISO
de translation en un seul point, au moyen d’un géné- 3.2 domaine de fréquence représentatif: Intervalle
ra teur de vibrations solidaire de ce point.
en hertz partant de la fréquence la plus basse pour
aller à la fréquence la plus haute auxquelles, par
exemple, on doit obtenir les données de mobilite dans
une série d’essais donnée.
[ISO 2041, 1.491
3 Définitions
3.3 mobilité (mécanique) directe; mobilité (mé-
canique) au point d’application, yij: Rapport com-
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 7626,
plexe d’une vitesse et d’une force mesurees au
les definitions données dans I’ISO 2041 s’appliquent.
même point dans un système mécanique pendant un
Pour plus de commodité, les plus importantes de ces
mouvement harmonique simple.
definitions employées dans la présente partie de
I’ISO 7626 sont donnees ci-dessous.
NOTES
7 La mobilité du point d’application est la fonction de ré-
3.1 fonction de réponse en fréquence (fonction
ponse en fréquence constituée par le rapport, en mètres par
de transfert): Rapport selectif entre le vecteur tour-
newton seconde, du vecteur tournant de la repense en vi-
nant de réponse au mouvement et le vecteur tournant
tesse au point j, au vecteur tournant de la force d’excitation
de la force d’excitation.
appliquée au même point, tous les autres points de mesure
de la structure pouvant répondre librement sans aucune
NOTES
autre contrainte que celle que représente le support normal
de la structure dans l’application prevue pour cette struc-
3 Les fonctions de repense en fréquence sont des pro-
ture.
priétés des systèmes dynamiques linéaires qui ne dépen-
dent pas du type de fonction d’excitation. L’excitation peut
8 Le terme «point)) désigne un emplacement et une di-
être une fonction du temps harmonique, aléatoire ou tran-
rection. Le terme ((coordonnée» a également été utilise
sitoire. Les résultats d’essai obtenus avec un type d’exci-
avec la même signification que ((point».
tation peuvent donc être utilises pour prévoir la réponse du
système a tout autre type d’excitation.
[ISO 2041, 1.511
4 La linéarité du système est une condition qui, dans la
pratique, n’est respectée que de façon approximative selon
3.4 amplitude de la mobilité moyenne en fré-
le type de système et l’amplitude de l’entrée. II faudrait
quence: Valeur quadratique moyenne du rapport, en
prendre soin d’éviter les effets non linéaires, surtout lors-
qu’on applique une excitation impulsionnelle. Les structures metres par newton seconde, de l’amplitude de la re-
qui sont reconnues comme non linéaires (par exemple cer-
ponse en vitesse au point i, à l’amplitude de la force
taines structures rivetées) ne devraient pas être soumises
d’excitation au même point, moyennée sur des ban-
a des essais avec une excitation impulsionnelle et il
des de fréquences spécifiées.
convient de faire très attention lorsqu’on utilise une exci-
tation aléatoire pour essayer ces structures.
[ISO 2041, 1.521
5 Le mouvement peut s’exprimer en termes de vitesse,
d’accélération ou de déplacement. Les désignations corres-
3.5 mobilité (mécanique) de transfert: Rapport
pondantes de la fonction de réponse en fréquence sont
complexe de la vitesse prise en un point d’un sys-
respectivement la mobilité, I’accélérance et la souplesse
dynamique ou l’impédance, la masse effective et la raideur terne mécanique à la force mesuree en un autre point
dynamique.
dans le même systéme pendant un mouvement har-
monique simple.
[ISO 2041-l ,481
NOTE 9 La mobilité de transfert est la fonction de ré-
6 Dans l’hypothèse de linéarité, la fonction de transfert
ponse en fréquence constituée par le rapport, exprime en
décrivant la réponse du systeme peut être définie de la
mètres par newton seconde, du vecteur tournant de la ré-
meme manière pour une excitation transitoire, comme le
ponse en vitesse au point i, au vecteur tournant de la force
rapport complexe des transformees de Fourier de la ré-
d’excitation appliquée au point j, tous les points autres que
ponse et de la force d’excitation. En pratique, on utilise la
j pouvant répondre librement sans autre contrainte que celle
transformée de Fourier discrète (TFD) comme approxi-
que représente le support norma9 de la structure dans I’ap-
mation de la transformée de Fourier continue. L’erreur ré-
plication prevue pour cette structure.
sultante peut être ramenée à une valeur inférieure à celle
des autres erreurs de mesurage. L’utilisation de la TFD ne
[ISO 2041, 1.531
limite donc pas nécessairement l’exactitude du mesurage.
2
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0 ISO
ISO 7626-5: 1994(F)
3.6 densitb spectrale d’bnergie: Densité spectrale d’analyse numérique, ou un analyseur, réalisant la
de puissance multipliee par la durée, en secondes, de transformation de Fourier discrete et comportant au
l’enregistrement utilise pour calculer le spectre d’un
moins deux canaux d’entrée simultanés. Le dispositif
signal transitoire. de mesurage est represente schématiquement à la
figure 1. La présente partie de I’ISO 7626 fournit des
NOTE 10 Dans cette définition, le signal transitoire est
informations sur le choix et l’utilisation des élements
par hypothése entièrement contenu dans l’enregistrement.
composants de ce dispositif.
Cette condition est nécessaire pour obtenir une amplitude
spectrale indépendante de la durée de l’enregistrement uti-
Les signaux représentatifs de la force et de la réponse
lisée dans la transformation de Fourier finie.
(signaux force et réponse) obtenus aprés chaque choc
sont filtres de façon à supprimer les erreurs de re-
4 Caractéristiques générales des
pliement, puis font l’objet d’un échantillonnage nu-
mesurages par la méthode d’excitation
mérique effectue en utilisant l’analyseur en mode
enregistrement de signaux transitoires. Chacun des
par choc
enregistrements
numériques obtenus doit nor-
malement représenter un seul evenement (choc).
4.1 Description générale
L’analyseur calcule la transformée de Fourier discrete
de chacun des enregistrements. Pour ameliorer la
Les instruments de mesure necessaires à la determi-
qualité de l’estimation, on peut effectuer un
nation de la mobilite par la methode d’excitation par
moyennage, qui est fonction de la fréquence, des
choc comprennent un dispositif d’application de chocs
fonctions de repense en fréquence obtenues en ap-
avec transducteur de force intégré, un ou plusieurs
pliquant plusieurs chocs successifs en un point
transducteurs de réponse (en mouvement) et les
donne.
conditionneurs de signal associes, et un systéme
Structure soumise 8 l’essai
Dispositif de sortie
1 lmprimafite/trrceur 1
scilloscope
m6moire
y--
1
I
r-------------------------
/i ! I
Transducteurh)
de r6ponse
i -------------------------------
Systhe d’analyse de Fourier ’
hnents de base
----------- ÉMments facultatifs
TFD = Transformh de Fourier disctbte
FT - Fonction de rbponse en ffbquence (fonction de transfert)
Figure 1 - Schéma fonctionnel du dispositif utilisé dans la mbthode d’excitation par choc
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ISO 7626-5: 1994(F) 0 ISO
de la force peut varier sensiblement d’un essai a
4.2 Avantages et limites de la méthode
l’autre. La répétabilité des mesurages sera donc mé-
d’excitation par choc
diocre pour les systèmes non lineaires.
Comparée aux méthodes utilisant un excitateur soli-
daire de la structure, la technique d’excitation par
4.2.2 Problhmes relatifs au rapport signallbruit
choc offre les avantages suivants:
Comme le niveau moyen des signaux obtenus lors
a) rapidité du mesurage;
des mesurages par choc est faible au regard du ni-
veau de crête, la technique d’excitation par choc ne-
b) facilite d’installation;
cessite un environnement d’essai très peu bruyant et
un système de mesurage possédant une gamme dy-
c) facilite de déplacement du point d’excitation;
namique aussi étendue que possible. Cet impératif
peut exclure la possibilité d’utiliser les techniques
d) réduction au minimum de la surcharge apportée
courantes d’enregistrement analogique sur bandes
par l’excitateur.
magnétiques.
Les inconvenients suivants de l’excitation par choc
Le bruit peut poser un probléme important, car la du-
doivent toutefois être pris en consideration:
rée du signal force est courte comparée à la duree
totale de l’enregistrement. La valeur quadratique
a) restrictions liées à la non-linéarité;
moyenne du bruit électrique produit par les instru-
ments et du bruit de fond d’origine mécanique peut
b) problèmes relatifs au rapport signal/bruit;
par conséquent devenir non négligeable par rapport à
celle de la force appliquée. L’application de fenêtres
c) limites de résolution en fréquence;
selon les methodes décrites en 8.5 peut permettre
de réduire ce bruit.
d) restrictions liées à l’amortissement;
e) influence de la dexterite de l’opérateur.
4.2.3 Limites de résolution en frbquence
Ces limites font l’objet d’une discussion en 4.2.1 à
L’intervalle, en hertz, séparant deux fréquences dis-
4.2.5.
cretes à l’issue d’une transformation de Fourier dis-
crète (y compris dans le cas d’une analyse restreinte
à une bande de largeur limitée, dite de type
4.2.1 Restrictions liées à la non-linéarité
((zoom))), est égal à l’inverse de la duree de I’enre-
gistrement, en secondes. Comme chaque enregis-
La determination de la mobilité des structures pré-
trement représente un seul choc, sa durée est
sentant un important degré de non-linearite exige
effectivement limitée au temps nécessaire pour que
toujours certaines précautions. Dans de tels cas, il est
la réponse de la structure a l’impulsion s’amortisse
préférable d’appliquer, si possible, une excitation
jusqu’à atteindre le niveau du bruit de fond. La réso-
sinusoi’dale ou aléatoire avec un excitateur solidaire
lution en fréquence pouvant être obtenue dépend par
de la structure plutôt que d’utiliser la technique d’ex-
conséquent à la fois de la réponse de la structure et
citation par choc.
du niveau du bruit de fond. Dans certains cas, il peut
Avec la technique d’excitation par choc, l’energie ne- être difficile (et inutile) d’utiliser la méthode d’exci-
cessaire pour porter le signal réponse à une certaine tation par choc pour obtenir directement la résolution
amplitude n’est apportée à la structure que pendant en fréquence prescrite dans I’ISO 7626-2. II est ce-
une fraction limitee de la durée de l’analyse. La force pendant possible d’obtenir des valeurs précises de la
appliquée lors du choc doit donc être bien plus im- mobilité à des fréquences discretes avec une resolu-
portante que dans le cas d’une excitation sinusoïdale tion suffisante pour la plupart des applications. Si la
ou aléatoire, et les effets de la non-linearite s’en
structure soumise à l’essai présente une densite mo-
trouvent accrus.
dale elevee (c’est-à-dire plusieurs resonances sur une
bande de fréquence étroite), il peut être difficile d’ob-
II est trés important, lors des mesurages effectues sur
tenir une resolution suffisante pour réaliser un mesu-
des systèmes présentant un important degré de non-
rage précis de la mobilite. Dans ce cas, il est
linéarité, d’avoir un enregistrement de la force d’exci-
préférable d’utiliser l’une des methodes d’excitation
tation et un enregistrement de la réponse du
continue, avec analyse de type ((zoom)).
système. De ce point de vue, il est donc préférable
d’appliquer une excitation sinusoi’dale. Si le choc est Le spectre d’un choc s’étend, par définition, de la
applique manuellement, avec un marteau, l’amplitude fréquence nulle (valeur moyenne) à une limite supé-
4
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ISO 7626=5:1994(F)
rieure donnee. (Voir article 6.) Cette impossibilite de
5 Support de la structure soumise à
limiter la largeur du spectre de l’excitation restreint
l’essai
I’utilite de l’analyse de type ((zoom)) pour ameliorer la
résolution en fréquence des mesurages et impose
Suivant l’objet assigne à l’essai, les mesurages de
des contraintes supplémentaires quant à la gamme
mobilité peuvent être realis6s sur des structures de-
dynamique du systéme de mesurage. Elle augmente
pourvues d’appui au sol (librement suspendues) ou
également le risque de surcharges non detectées
bien sur des structures ayant un appui au sol (fixées
dans le système de mesurage (écrêtage) qui résultent
sur un ou plusieurs supports).
de l’existence de signaux hors-bande d’amplitude
elevee. (Voir 6.3 et 8.4.)
5.1 Mesurages sur une structure sans appui
au sol
4.2.4 Restrictions liees 81 l’amortissement
Pour effectuer ce type de mesurages, on utilise un
Une des limites de la technique d’excitation par choc
mode de suspension souple de la structure soumise
concerne son application aux structures fortement
à l’essai. La valeur de tous les Mments figurant dans
amorties car, dans ce cas, la courte durée du signal
la matrice de mobilite directe de la suspension, au(x)
réponse necessite de trouver un compromis entre la
point(s) où elle est fixée à la structure soumise à
resolution en fréquence et le niveau du bruit de fond,
l’essai, devrait être dix fois supérieure au moins à
probléme discute en 4.2.3. Cette limite peut
celle des 6léments correspondants de la matrice de
également être interprétée comme une cons
...
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