Titreşim Kontrolü: Çok Noktalı Tepki Ortalaması

Bu makale, Simcenter Testlab Titreşim Kontrolü’nde çok noktalı bir kontrol stratejisi ile bir test fikstürünün rezonanslarının nasıl üstesinden gelinebileceğini anlatmaktadır

Makale İçeriği;

1. Giriş ve Arka Plan
2. Fikstür Rezonansının Etkileri
   1. Durum 1: Tek Noktalı Kontrol Durumu
   2. Durum 2: Çok Noktalı Kontrol Durumu
3. Bir Avantaj Olarak Rezonans
4. Çok Noktalı Kontrol Ortalaması için Simcenter Testlab

1. Giriş ve Arka Plan

Bazen kapalı döngü bir titreşim kontrol testinde, ideal olmayan test kurulumları nedeniyle kontrol stratejisinden taviz verilmesini gerektiren durumlar olabilir. İdeal bir test için rezonansı olmayan, sonsuz katılıkta ve sıfır kütleli bir titreşim test sistemi kullanmak isteriz. Dolayısıyla böyle bir durumda kontrol ivmeölçerini nereye yerleştirirsek yerleştirelim, tek bir ivmeölçerin tepkisi tüm sarsıcı sisteminin tepkisini yansıtacaktır.

Elbette, böyle bir titreşim kontrollü sarsıcı sistemi imkânsızdır. Bu nedenle rezonanslarla başa çıkılmalı ve rezonans azaltılmalıdır. Şekil 1’deki sarsıcı, testin dikey yönde olduğu bir örnek olarak kullanılacaktır.

Sarsıcı, Şekil 2’de gösterildiği gibi bir head expander ile yapılandırılmıştır. Expander, ortak test frekans aralığı olan 2000Hz’in hemen üzerinde meydana gelen bir rezonansa sahiptir. Rezonansın mod şekli de Şekil 2’de gösterilmiştir ve örneğimizde önemli bir etkiye sahip olacaktır.

Kapalı döngü titreşim kontrol testinde amaç, gerçekteki tepkileri tekrar oluşturmak ve test nesnesini kontrollü bir laboratuvar ortamında gerçek hayattaki çalışma koşullarında yaşayacağı duruma maruz bırakmaktır. Çoğu zaman bu çok zor bir görevdir çünkü sınır koşulları laboratuvarda tam olarak gerçek dünyada olduğu gibi yeniden üretilemez. Sınır koşulları farklıysa, dinamik tepkiler de farklı olacaktır. Bazı durumlarda bu, test edilen cihazın aşırı test edilmesine veya yetersiz test edilmesine yol açabilir.

2. Fikstür Rezonansının Etkileri

Test nesnesini tutmak için kullanılan fikstürün, yapısal tepkilerini normal koşulların ötesine yükseltebilecek rezonanslara sahip olduğu durumlar da olabilir. Bu durum, test operatörü bu tehlikelerin farkında olmadan gerçekleşebilir ve parçalar kırılabilir. Sarsıcı sistemi ve fikstür rezonanslarının tamamen anlaşılması ve bu durumdan kaçınmak veya en azından hafifletmek için önlemler alınması kritik önem taşır.

Bununla başa çıkmak için kullanılabilecek farklı stratejiler vardır ve bazen bu stratejilerden tavizler verilmesi gerekir. Simcenter Testlab’de mevcut olan bir stratejiye Çok Noktalı Kontrol Tepki Ortalaması adı verilir. Makalenin geri kalanında, bu stratejinin bir kontrol testi kurulumu için bir arabulucu olarak kullanılması tartışılacaktır.

Şekil 3’te verilen örnek, bir kontrol testi kurulumunun şemasını göstermektedir. Ağırlık Merkezi (CG) masanın üzerinde bir yerde ve yaklaşık masanın ortasında bulunan simüle edilmiş bir test nesnesine sahiptir.

Uygulamada ağırlık merkezi (CG), atalet momentlerinden kaçınmak için mümkün olduğunca merkeze yakın yerleştirilmelidir. Sarsıcılar, sarsıcı kılavuzlarında verilen “Devrilme Momentleri” için sınırlara sahiptir. Daha küçük yapılar için bu genellikle pek sorun teşkil etmez ancak büyük yapılar için sorun olabilir ve moment sınırlaması ayrıntılı bir kuvvet ölçüm cihazı sistemi ile kullanılmalıdır. (Bu örnek için basit tutacağız)

Ağırlık merkezinin tablanın ortasında tutulması, test sisteminin “sallanma” dinamiklerini de önleyebilir, bu da kontrol zorluğunu azaltır. Ağırlık merkezi, 1-4 montaj noktalarından bağlıdır ve örneğimiz için bağlantıların rijit olduğunu düşüneceğiz. Ancak gerçek bir testte durum muhtemelen böyle olmayacaktır ve tuttuğu yapının kütlesi ve katılığı ile birlikte fikstürün rezonansı da dikkate alınmalıdır.

Bu kurulumla iki farklı durumu karşılaştıralım: tek noktadan kontrol ve çok noktadan kontrol.

2.1. Durum 1: Tek Nokta Kontrol Durumu

lk durumda Kontrol Noktası 1, yapının ağırlık merkezinin hemen altında ve yaklaşık 2000Hz’deki rezonans tepkisinin en yoğun olduğu bağlantı noktalarından uzakta, head expanderin merkezine yerleştirilmiş tek bir kontrol sensörü olarak kullanacaktır.20-2kHz arasında kontrollü bir sinüs taraması uygulanır. Kontrol profili 20 ila 100Hz arasında artan bir tepki seviyesine, ardından 2kHz’e kadar 1g’de sürekli genliğe sahiptir. Taramadan elde edilen sonuçlar Şekil 4’te gösterilmektedir.

Sonuçları gözden geçirirken, kurulumdaki tüm yapısal bileşenlerin “Sistem” kütlesini ve katılığını etkileyeceğini ve dolayısıyla test frekans aralığı boyunca genel yapısal tepkileri etkileyeceğini unutmamak önemlidir. Görülebileceği gibi kısmen, test yapısının dinamikleri nedeniyle, kontrol noktasına kıyasla bağlantı noktalarındaki tepkilerde sapmalar vardır. Test frekansı 2kHz’e yakın head expander rezonansına yaklaştıkça tepkiler biraz daha büyümeye başlar.

Bu test düzeneğindeki sorun, enerjinin bu bağlantı noktalarından yapının ağırlık merkezine kadar iletilmesinden kaynaklanmaktadır. Dolayısıyla, test operatörü testi mükemmel bir kontrolle ve yapıda %77’lik bir tepki artışıyla başarıyla tamamladığı için mutlu olsa da, aşırı test nedeniyle yapı tamamen parçalanabilir. Bundan sonra test laboratuvarı ile müşterileri arasında birçok soru işareti oluşur. Bu durumda test operatörü testi talimatlara uygun olarak gerçekleştirmiş olmasına rağmen sonucun bu şekilde olması, ilgili herkesin tüm test kurulumundaki dinamiklerin tamamını iyi bir şekilde anlaması gerektiğini göstermektedir.

2.2 Durum 2: Çok Noktalı Kontrol Durumu

Bu konuda ne yapılabileceğini bu bölümde beraber inceleyelim.

Tüm düzeneğin Modal Analizi veya Operational Deflection Shape(ODS) araştırmasını yaparak test sisteminin yapısal dinamiklerini inceledikten sonra buradaki en iyi strateji, kontrol ortalamasında çok noktalı ortalama tepkileri kullanmak olacaktır. Bu her bir bağlantı noktasındaki tepkinin ortalamasını alacaktır.

Test araştırmasına bir alternatif, analistlerin yapısal modları ve frekansları sağlamak için test düzeneğinin sonlu elemanlar analizini (FEA) yapmaları olabilir. Bu aslında gerekli olabilir çünkü FEA, simüle edilmiş test yapısı da dâhil olmak üzere tüm sistemi dâhil etmenin tek yoludur. Test sistemi hakkında test veya analizden sağlanan bu tür bilgilerle, teste dâhil olan kişiler test kurulumunda çok daha iyi mühendislik kararları verebilir ve başarılı bir test için verilmesi gereken tavizleri daha iyi anlayabilir.

Aşağıdaki şekil yeni kurulum şemasını göstermektedir.

Bu kontrol durumunun getirisi 4 bağlantı noktasının tepkilerinin ortalamasını almasıdır. Eğer çalkalayıcı sistem biraz rijit hareket ederse ki bunu asla tam olarak yapmayacaktır, o zaman ağırlık merkezindeki tepki 4 bağlantı noktasının ortalaması bir şekilde olacaktır. Bu ortalama ancak test yapısının dinamikleri tam olarak anlaşılırsa öngörülebilir. Bu ikinci durum için, Şekil 6’da zaman geçmişinin küçük bir bölümündeki tabla rezonans frekansına yakın, ayrı ayrı ve ortalama tepkileri görebiliriz.

Veriler, ağırlık merkezinin (CG) istenen 1g genliğinde kontrollü bir tepkiye sahip olduğunu göstermektedir. Expander ve expanderdan ağırlık merkezine olan bağlantılar nedeniyle sistemde bazı dinamikler olsa bile, ortalama tepki tam olarak olması gereken yerdedir. Tablanın merkezindeki tepki (Durum #1 kontrol noktası) %40 daha azdır. İlk durumda gösterildiği gibi kontrol ivmeölçer, tablanın merkezine yerleştirilseydi, ağırlık merkezinin tepkisi çok daha büyük olurdu. Durum #2 için spektral tepkiler Şekil 7’de gösterilmektedir.

Veriler, 4 bağlantı noktasının ortalamasının alınmasının ve bunun kontrol döngüsünde kontrol tepkisi olarak kullanılmasının, ağırlık merkezinde amaçlanan tepkinin tüm test frekans aralığı boyunca istenen 1g tepkisine çok daha yakın olduğunu göstermektedir. Bu, doğal rezonans frekansları nedeniyle test kurulumunda bir tavize ihtiyaç duyulduğunda Çok noktalı kontrol tepki ortalamasının faydasını göstermektedir.

3- Bir Avantaj Olarak Rezonans

Makalenin bu noktasına kadar çok noktalı kontrol yapısal rezonansın etkilerini azaltma stratejisi olarak kullanıldı. Bu rezonansların tümü kötü değildir ve bir avantaj için kullanılabilirler. Rezonans nedeniyle tepkilerin yükseltilmesi, gerekli kontrol tepkisini elde etmek için kontrolörden gelen gerekli sürücü voltajını azaltma etkisine sahiptir.

Bu durum Şekil 8’de Durum #1 ile Durum #2’nin sürücü çıkışı karşılaştırılarak gösterilmiştir.

Durum 2’de, ağırlık merkezinde gerekli tepki elde edilirken aynı zamanda tepki elde etmek için kullanılan sürücü voltajı miktarı azaltılır. Bunun, veri toplama sisteminden çıkan sürücü voltajının dinamik aralık miktarını azaltarak kontrole yan faydaları da olabilir, aşırı yüklenme olasılığını da azaltacaktır.

Sonuçlar, Durum 1’deki gerekli voltajın Durum 2’dekine göre %50 daha fazla olduğunu göstermektedir.

4.Simcenter Testlab’de Çok Noktalı Kontrol Ortalaması

Simcenter Testlab’da yukarıda açıklanan senaryo için parametrelerin ayarlanması çok kolaydır. Kontrol noktaları oluşturulduktan ve bu noktalar için ivmeölçerler tanımlandıktan sonra “Kanal Kurulumu” çalışma sayfası kullanılarak bu bilgiler girilir.

Hangi kanalların kontrol sensörlerini temsil ettiğini belirlemek için bir açılır menü vardır. Tüm sensör bilgileri de tabloya eklenir. Şekil 9, kontrol kanallarını tanımlamak için kullanılan “Channel/GroupID” parametresini göstermektedir.

Kanal bilgileri doldurulduktan sonra, “Sinüs Kurulumu” çalışma sayfasında, Şekil 10’da gösterildiği gibi “Kontrol Stratejisi” parametresi oluşturulur.

Bu örnekte “Ortalama” stratejisi seçilmiştir, ancak istenirse veya fikstür rezonansının mod şekli izin verirse “Maksimal” ve “Minimal” stratejiler de seçilebilir.

————————————————————————————————————————————————————————————

• Blog yazılarımızın devamı ve güncel paylaşımlarımız için: www.dta.com.tr üzerinden ve LinkedIn DTA Mühendislik sayfamızdan takipte kalabilirsiniz.