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Análisis de espectro de respuesta al choque (SRS)

Espectros según la norma ISO 18431-4, calculados en tiempo real mientras se realiza la prueba.

Un espectro de respuesta a impactos convierte un transitorio ilegible en una curva de potencial de daño. En lugar de evaluar una sacudida por su valor g máximo —que depende tanto del sensor y su montaje como del propio suceso—, un SRS predice cómo responderían a un mismo impulso estructuras con diferentes frecuencias naturales. Es el lenguaje en el que se redactan las especificaciones sobre sacudidas, desde la norma MIL-STD-810 hasta los requisitos de resistencia a sacudidas pirotécnicas de las naves espaciales.

DewesoftX calcula el SRS de acuerdo con la norma ISO 18431-4, y lo hace en línea, durante la adquisición — no después. Los niveles de choque se muestran en tiempo real a lo largo de eventos repetidos, por lo que puedes evaluar una prueba mientras aún se está ejecutando, en lugar de descubrir un problema durante el posprocesamiento. Los resultados se muestran en un gráfico de pseudovelocidad logarítmico-logarítmico en el que se pueden leer la aceleración, la velocidad y el desplazamiento a partir de la misma curva. El módulo SRS forma parte de DewesoftX, que se incluye con todos los sistemas Dewesoft sin coste adicional.

Carga
Carga
IEPE
IEPE
Tensión
Tensión
Aceleración
Aceleración
Velocidad
Velocidad
Desplazamiento
Desplazamiento
Video
Video
Video de Alta Velocidad
Video de Alta Velocidad

Destacados

SRS en línea y en tiempo real

Los espectros de respuesta a los choques se calculan en tiempo real durante la adquisición, no después. El procesamiento en línea realiza un análisis de tendencias de los niveles de choque a lo largo de una secuencia de eventos y está optimizado para altas frecuencias de choque, por lo que los choques muy próximos entre sí se gestionan sin que se pierdan los espectros.

Espectro de ondas de choque de pseudovelocidad

Un gráfico de pseudovelocidad en escala logarítmica-logarítmica con ejes ajustables en los cuatro lados, de modo que la aceleración, la velocidad y el desplazamiento se pueden leer en una sola curva. Los valores del cursor correspondientes a cada magnitud aparecen a la vez en el encabezado del gráfico.

Conforme a la norma ISO 18431-4

El SRS se calcula de acuerdo con la norma ISO 18431-4, por lo que los resultados son comparables con los de cualquier otro analizador que cumpla con dicha norma y pueden justificarse en un informe de ensayo.

Detección automática de golpes

Los modos de detección «Fijo» y «Dinámico» localizan el evento y establecen las ventanas de pre-choque, choque y post-choque. El modo «Dinámico» funciona en tiempo real, por lo que se registran los choques repetidos sin necesidad de colocar los cursores manualmente.

Nueve canales de salida

Curvas compuestas (maximax), primarias y residuales, cada una de ellas expresada como máximo absoluto, máximo y mínimo, disponibles en aceleración, velocidad o desplazamiento.

Rango de frecuencia y resolución seleccionables

Establece la frecuencia inicial y final del cálculo y elige el espaciado en octavas fraccionarias, aplicando la resolución allí donde la respuesta sea relevante.

Amortiguamiento y factor de calidad

Establece la amortiguación relativa o el factor de calidad, y modifícalo fuera de línea sin necesidad de volver a ejecutar la prueba. La amortiguación estándar del 5 % corresponde a Q = 10; una amortiguación nula proporciona la respuesta máxima, mientras que una amortiguación elevada aplana la curva.

Cualquier sistema de unidades

SRS admite todas las unidades definidas en el editor de magnitudes físicas, tanto las del Sistema Internacional (SI) como las basadas en pulgadas. Los resultados se pueden exportar a MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro y UFF.

Configuración sencilla y directa

La configuración de los sensores, del sistema de adquisición de datos y del software es rápida y sencilla. La detección automática de sensores y la compatibilidad con TEDS te permitirán medir señales en un abrir y cerrar de ojos.

Matemáticas Avanzadas

Todos los parámetros relevantes, como compuesto/máximo, primario y residual, se calculan en línea en tiempo real. Los resultados en el espectro del dominio de la frecuencia se pueden mostrar como aceleración, velocidad o desplazamiento.

¿Qué es un espectro de respuesta a los choques (SRS)?

Un espectro de respuesta a un impacto es un gráfico que representa la respuesta máxima de un conjunto de sistemas hipotéticos de un solo grado de libertad (SDOF) en función de su frecuencia natural, cuando cada uno de ellos recibe el mismo impacto medido en su base.

Imagina una fila de osciladores de masa-muelle-amortiguador fijados a la misma superficie, cada uno sintonizado a una frecuencia diferente dentro del rango de interés. Aplique a todos ellos la curva temporal de aceleración medida, registre la respuesta máxima que alcanza cada uno y represente gráficamente esos picos en función de la frecuencia. Esa curva es la SRS. Se supone que cada sistema SDOF no ejerce ningún efecto de carga de masa sobre la entrada de la base.

El resultado te indica lo que la evolución temporal no puede revelar: qué frecuencias excita con mayor intensidad esta sacudida concreta y, por lo tanto, qué resonancias del producto real corren peligro.

Por qué el «peak g» no es suficiente

Una traza de impacto sin procesar te proporciona un único valor numérico, y ese valor varía en función del sensor, el montaje y la frecuencia de muestreo. No dice nada sobre el contenido de frecuencias ni sobre si la energía se concentra en los puntos vulnerables de tu producto. Dos impulsos con el mismo valor de g máximo pueden tener un potencial de daño totalmente diferente.

Hay dos propiedades de la SRS que conviene conocer antes de basarse en ella. La transformación es no reversible — Muchas formas de onda diferentes producen el mismo espectro, ya que solo se conservan las respuestas máximas. Y la curva depende de la valor de amortiguación que se ha tenido en cuenta en el cálculo, por lo que siempre se debe indicar el coeficiente de amortiguamiento de un SRS.

Análisis SRS en línea y en tiempo real

Tradicionalmente, el SRS ha sido un proceso de posprocesamiento: se realiza la prueba, se almacenan los datos, se colocan cursores alrededor del evento, se vuelve a calcular y, a continuación, se analiza la curva. Si el impacto no ha sido el adecuado, uno se da cuenta después —y, en una prueba destructiva, «después» significa que se ha desperdiciado otra pieza.

DewesoftX calcula el espectro de respuesta a impactos en línea, durante la adquisición. El espectro se actualiza a medida que se producen las sacudidas, lo que permite observar la evolución de los niveles a lo largo de una secuencia de eventos y evaluar una prueba mientras aún se está llevando a cabo. En el caso de los programas con sacudidas repetidas —secuencias de caídas, series de disparos, pruebas de calificación multieje—, esto convierte horas de posprocesamiento en una lectura en tiempo real.

El procesamiento en línea está optimizado para altas frecuencias de impulsos, por lo que los eventos muy próximos entre sí se gestionan sin que se pierdan espectros.

Bloques de tiempo del SRS

El procesamiento en línea funciona por intervalos de tiempo activados, y puedes seguir los intervalos exactos que se utilizan para cada cálculo. Esto facilita establecer duraciones razonables para la línea de base previa al impacto, el impacto en sí y la disminución posterior al impacto —las tres ventanas que determinan si los resultados primarios y residuales tienen algún significado—.

Modos de detección de impactos

Corregido La detección utiliza intervalos de tiempo definidos, adecuados para una prueba controlada en la que el evento se produce en el momento previsto.

Dinámico La detección adapta las ventanas a cada evento y permite el procesamiento en línea, lo que hace que la captura automática de una secuencia de impactos repetidos resulte práctica.

Cada modo incluye una ilustración en la configuración que muestra cómo sus ajustes modifican el procesamiento, lo cual resulta útil cuando un procedimiento de prueba pasa a manos de alguien que no lo ha elaborado.

Espectro de choque de pseudovelocidad (PVSS)

La aceleración es la unidad natural para medir un impacto. No siempre es la mejor unidad para evaluarlo.

La pseudovelocidad es proporcional a la tensión máxima que un impacto induce en una estructura, lo que convierte al espectro de pseudovelocidad de impacto en un indicador más directo del potencial de daño que la mera aceleración. Cuando es necesario comparar dos impactos con un contenido de frecuencias muy diferente, el PVSS es el parámetro que permite que la comparación sea significativa.

DewesoftX presenta los resultados del SRS en un gráfico de pseudovelocidad logarítmico-logarítmico con ejes ajustables en los cuatro lados, de modo que la aceleración, la velocidad y el desplazamiento pueden leerse en la misma curva. Los valores correspondientes a la posición del cursor aparecen en el encabezado del gráfico para todas las magnitudes a la vez: basta con situar el cursor en el punto de inflexión de la curva para leer las tres magnitudes sin necesidad de cambiar de vista.

El gráfico de pseudovelocidad es compatible con el modo de detección dinámica de choques en tiempo real, por lo que esta vista está disponible tanto en tiempo real como en el posprocesamiento.

Configuración del cálculo del SRS

Se muestran todos los parámetros que influyen en el resultado, y todos ellos pueden modificarse fuera de línea y recalcularse sin necesidad de repetir la prueba, lo cual es importante cuando resulta que una especificación parte de un valor de amortiguación diferente al que se ha medido.

SettingWhat it does
Start / end frequencyDefines the calculation range. The upper limit is bounded by the acquisition sample rate.
Frequency division (octave)Sets frequency-domain resolution. Finer fractional-octave spacing gives more points per octave.
Damping / quality factorRelative damping ratio or Q. 5% damping = Q of 10. Zero damping gives maximum response; very high damping produces a nearly flat line.
Remove DC offsetAverages DC over a defined interval at the start of the signal and subtracts it as a constant.
Compensate DC driftCalculates DC at the start and the end of the signal and subtracts a linear interpolation between them.
Velocity DC filterRemoves the DC component from the calculated velocity time history.
Noise floorMeasures the input noise floor over a defined interval, so the useful dynamic range of the result is known.
Shock detection modeFixed or Dynamic. Dynamic supports online processing and adapts the time blocks to each event.
UnitsAll units defined in the Physical quantity editor, SI or inch-based.

Cada modo de detección de impactos cuenta con una ilustración en la configuración que muestra cómo sus ajustes modifican el procesamiento, lo cual resulta útil a la hora de entregar un procedimiento de prueba a alguien que no lo haya elaborado.

Elección de un valor de amortiguación

Un amortiguamiento relativo del 5 % —un factor de calidad Q igual a 10— es el valor predeterminado habitual y el que se da por supuesto en la mayoría de las especificaciones. La relación es Q = 1/(2ζ), por lo que reducir a la mitad la relación de amortiguamiento duplica el valor de Q y eleva los picos.

Una amortiguación menor produce un espectro más puntiagudo, ya que cada oscilador resuena durante más tiempo y alcanza mayor alcance. Una amortiguación muy alta aplana la curva hasta acercarla a una línea recta. Ninguna de las dos opciones es incorrecta; responden a preguntas diferentes. Lo importante es que el valor de la amortiguación vaya en función del resultado, ya que el mismo impacto produce un espectro diferente según la relación de amortiguación.

Más información en el manual de DewesoftX SRS

Canales de salida del SRS

Los resultados se presentan en forma de aceleración, velocidad o desplazamiento, y cada uno de ellos se divide en tres intervalos de tiempo, lo que suma un total de nueve canales de salida:

SectionNameWhat it represents
Whole measurementComposite / maximaxWorst-case extrema across the whole event — absolute max, max and min
During the shockPrimaryForced response, while the input is still being applied
After the shockResidualFree vibration, after the input has stopped

Cada uno de ellos está disponible como máximo absoluto, máximo (positivo) y mínimo (negativo).

Maximax —el rango de respuesta positiva y negativa absolutas en toda la medición— es el formato de presentación estándar y la curva en la que se basan la mayoría de las especificaciones. Si un documento menciona «el SRS» sin más precisiones, casi siempre se refiere al «maximax» con un 5 % de amortiguación en un gráfico logarítmico-logarítmico.

Primario y residual Esto es importante cuando necesitas saber de dónde proviene el riesgo de daños. Un valor primario alto con un residual bajo indica que la estructura está sometida a fuertes cargas, pero que se estabiliza rápidamente. Un valor primario bajo con un residual alto indica que la estructura sigue vibrando después del evento, lo cual suele ser el indicio típico de un problema de resonancia, y es precisamente esta cuestión la que determina el diseño de los aisladores y los soportes.

Separación positivo y negativo casos en los que una estructura responde de forma asimétrica, lo cual es habitual cuando una unión, un soporte o un punto de contacto se comporta de manera diferente en tracción que en compresión.

Más información en el manual de DewesoftX SRS

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Comparación de un SRS con una curva de referencia

Cálculo de un espectro: respuestas ¿qué pasó?. La cualificación plantea una cuestión diferente: — ¿Se aprueba? — y esa respuesta se obtiene comparando el SRS medido con una curva de referencia: el espectro exigido por la especificación, con bandas de tolerancia a ambos lados.

Esos rangos están establecidos en las normas, en lugar de dejarse a criterio de los ingenieros, y son más estrictos de lo que la mayoría de la gente espera.

Requisitos de la norma MIL-STD-810H

Ambos métodos de ensayo de impactos de la norma MIL-STD-810H definen sus requisitos como tolerancias en dB en torno a una aceleración máxima de referencia (SRS), y ambos especifican cómo debe calcularse el espectro para que la comparación sea válida.

ParameterMethod 516.8 — ShockMethod 517.3 — Pyroshock
Primary band−1.5 / +3 dB, ≥90% of points−3 / +6 dB, 80% of points (near-field) or 90% (mid/far-field)
Remaining points−3 / +6 dB−6 / +9 dB
Frequency range10 Hz – 2 kHz100 Hz – 20 kHz (10 Hz – 3 kHz for shaker-based far-field)
Spectrum typeMaximax accelerationMaximax acceleration, with maximax pseudo-velocity as required secondary display
Resolution1/12-octave centre frequencies1/12-octave centre frequencies (Procedures I–IV)
DampingQ = 10 (≈5% critical)Q = 10, plus a second pass at Q = 50 where the data drives a lab simulation

Hay dos requisitos que suelen pillar desprevenidos a los usuarios.

  • Una prueba en curso también falla. El método 517.3 exige que al menos la mitad de los valores SRS individuales superen la especificación nominal. Un espectro que se sitúe holgadamente dentro de la banda de tolerancia inferior en todo el rango no se considera superado: significa que el artículo no ha superado la prueba.

  • La resolución y la amortiguación no son opciones libres. Ambos métodos especifican frecuencias centrales de 1/12 de octava y un factor Q = 10. Un espectro calculado a 1/3 de octava, o con un factor de amortiguación diferente, no es comparable con el de referencia, por muy buena que haya sido la medición en la que se basa.

Simetría positiva, negativa y de pulso

El método 516.8 utiliza conjuntamente los espectros máximo y mínimo como comprobación de simetría: cuando tanto la respuesta positiva como la negativa se ajustan a los límites de tolerancia, el pulso se considera simétrico. Aquí es donde cobran sentido los canales de salida independientes para el máximo y el mínimo: la asimetría entre ambos es un resultado documentado, no una simple curiosidad de diagnóstico.

Comparación con la referencia en DewesoftX

En el módulo de curvas de referencia de DewesoftX se define una curva de referencia: se puede introducir manualmente, capturar a partir de una medición con solo pulsar un botón o pegar directamente desde un documento de especificaciones. El SRS medido se compara con ella de forma continua, y un canal de salida de estado cambia de estado cuando la curva supera un límite.

Dado que el resultado es un canal y no una imagen, se puede registrar, mostrar, activar y exportar el resultado de «aprobado/suspenso» junto con el resto de datos de la prueba, de modo que el veredicto de calificación se almacena en el mismo archivo de datos que las pruebas en las que se basa.

Más información sobre los ensayos de choque mecánico — las propias normas, los tipos de pruebas y el hardware.

Informes y exportación

DewesoftX incluye un completo conjunto de herramientas de generación de informes que permiten crear los informes directamente desde nuestro software.

DewesoftX genera directamente un informe con los resultados del SRS, junto con la curva temporal, el vídeo y cualquier otro canal grabado en la misma base de tiempo. La exportación se puede realizar a MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro y UFF.

Las licencias de análisis son gratuitas e ilimitadas, por lo que los compañeros pueden abrir una medición, modificar el valor de amortiguación, volver a calcular y consultar el resultado sin necesidad de adquirir una licencia. En el caso de un informe de ensayo que deba ser revisado por un cliente o un organismo de certificación, esto evita el inconveniente habitual de enviar a alguien un archivo de datos que no puede abrir.

Hardware de adquisición de datos (DAQ) para la medición SRS

La fiabilidad de un SRS depende exclusivamente de la medición en la que se basa. El cálculo reproduce fielmente todo lo que ha llegado al convertidor, incluida la energía que se ha filtrado desde por encima del límite de muestreo, la cual aparece en el espectro como contenido legítimo de baja frecuencia y no puede eliminarse posteriormente.

Los sistemas de adquisición de datos (DAQ) de Dewesoft incorporan filtros antialiasing en la ruta de la señal analógica, y el SIRIUS® XHS cubre el ancho de banda que requieren los eventos pirotécnicos y balísticos. El módulo SRS funciona en cualquier sistema Dewesoft, por lo que el análisis es el mismo tanto si el front-end es un dispositivo portátil de dos canales como si se trata de un rack de 288 canales.

Explora la página sobre ensayos de impacto mecánico — hardware, sensores, normas y tipos de pruebas al completo.

SIRIUS X LED ring for checking connection status of IEPE sensors

Lo que hace y lo que no hace Dewesoft SRS

DewesoftX mide y analiza shock: captura del evento, cálculo del espectro y presentación de los resultados.

No funciona Síntesis SRS — generar una forma de onda de excitación para reproducir un espectro objetivo en un vibrador — y no controla ningún vibrador ni máquina de choques. Esas son funciones del controlador, y los sistemas Dewesoft funcionan junto con cualquier controlador que tengas, en lugar de sustituirlo.

En la práctica, esto significa que Dewesoft mide lo que realmente ha ocurrido en el objeto de ensayo, independientemente del equipo que accione la mesa. En el caso de los ensayos de choque pirotécnico, caída, balístico, explosión y choque por transporte —en los que a menudo no hay ningún controlador—, se trata de toda la cadena de medición y análisis.

Preguntas frecuentes

Hemos reunido todas las respuestas que busca, organizadas para usted.

Un SRS representa gráficamente la respuesta máxima de un conjunto de sistemas hipotéticos de un solo grado de libertad en función de su frecuencia natural, todos ellos sometidos al mismo impacto medido. Muestra qué frecuencias son las que el impacto excita con mayor intensidad y, por lo tanto, qué resonancias de un producto real están en riesgo.

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