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Analyse du spectre de réponse au choc (SRS)

Spectres ISO 18431-4, calculés en temps réel pendant le déroulement du test.

Un spectre de réponse aux chocs transforme une réponse transitoire illisible en une courbe de potentiel de dommage. Au lieu d'évaluer un choc en fonction de sa valeur g maximale — qui dépend autant du capteur et de son montage que de l'événement lui-même —, un spectre de réponse aux chocs (SRS) prédit comment des structures présentant différentes fréquences propres réagiraient à la même impulsion. C'est le langage utilisé pour rédiger les spécifications relatives aux chocs, de la norme MIL-STD-810 aux exigences en matière de chocs pyrotechniques pour les engins spatiaux.

DewesoftX calcule le SRS conformément à la norme ISO 18431-4, et il le fait en ligne, pendant l'acquisition — et non après coup. Les niveaux de choc sont affichés en temps réel tout au long des essais répétés, ce qui vous permet d’évaluer un test pendant qu’il est encore en cours, plutôt que de découvrir un problème lors du post-traitement. Les résultats s’affichent sur un graphique de pseudo-vitesse en échelle logarithmique où l’accélération, la vitesse et le déplacement peuvent être lus à partir d’une même courbe. Le module SRS fait partie de DewesoftX, fourni sans supplément de prix avec chaque système Dewesoft.

Charge
Charge
IEPE
IEPE
Tension
Tension
Accélération
Accélération
Vitesse
Vitesse
Déplacement
Déplacement
Vidéo
Vidéo
Vidéo ultra-rapide
Vidéo ultra-rapide

Points forts

SRS en ligne et en temps réel

Le calcul des spectres de réponse aux chocs s'effectue en temps réel pendant l'acquisition, et non après. Le traitement en ligne effectue une mise en moyenne des niveaux de choc sur une séquence d'événements et est optimisé pour les fréquences de choc élevées ; ainsi, les chocs très rapprochés sont gérés sans perte de spectres.

Spectre de choc de pseudo-vitesse

Un graphique de pseudo-vitesse en échelle logarithmique-logarithmique avec des axes réglables sur les quatre côtés, permettant ainsi de lire l'accélération, la vitesse et le déplacement à partir d'une seule courbe. Les valeurs indiquées par le curseur pour chaque grandeur s'affichent simultanément dans l'en-tête du graphique.

Conforme à la norme ISO 18431-4

Le SRS est calculé conformément à la norme ISO 18431-4 ; les résultats sont donc comparables à ceux de tout autre analyseur conforme à cette norme et peuvent être justifiés dans un rapport d'essai.

Détection automatique des chocs

Les modes de détection « fixe » et « dynamique » identifient l'événement et définissent les fenêtres pré-choc, choc et post-choc. Le mode « dynamique » fonctionne en temps réel, ce qui permet de capturer les chocs répétés sans avoir à placer manuellement les curseurs.

Neuf canaux de sortie

Courbes composites (maximax), primaires et résiduelles, exprimées respectivement en valeur maximale absolue, maximale et minimale, disponibles en accélération, vitesse ou déplacement.

Plage de fréquences et résolution sélectionnables

Définissez les fréquences de début et de fin du calcul, puis choisissez l'espacement en fractions d'octave, en privilégiant la résolution là où la réponse est importante.

Amortissement et facteur de qualité

Définissez l'amortissement relatif ou le facteur de qualité, et modifiez-le hors ligne sans avoir à relancer le test. L'amortissement standard de 5 % correspond à Q = 10 ; un amortissement nul donne une réponse maximale, tandis qu'un amortissement important aplatit la courbe.

Tout système d'unités

SRS prend en charge toutes les unités définies dans l'éditeur de grandeurs physiques, qu'elles soient exprimées en SI ou en pouces. Les résultats peuvent être exportés vers MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro et UFF.

Une configuration simple et intuitive

La configuration des capteurs, du système d'acquisition de données et du logiciel est rapide et simple. Grâce à la détection automatique des capteurs et à la prise en charge de la technologie TEDS, vous pourrez mesurer vos signaux en un clin d'œil.

Mathématiques avancées

Tous les paramètres pertinents tels que composite/maximax, primaire et résiduel sont calculés en ligne en temps réel. Les résultats dans le spectre du domaine fréquentiel peuvent être représentés sous forme d'accélération, de vitesse ou de déplacement.

Qu'est-ce qu'un spectre de réponse aux chocs (SRS) ?

Un spectre de réponse aux chocs est un graphique représentant la réponse maximale d'un ensemble de systèmes hypothétiques à un seul degré de liberté (SDOF) en fonction de leur fréquence propre, lorsque chacun d'entre eux est soumis au même choc mesuré à sa base.

Imaginez une rangée d’oscillateurs « masse-ressort-amortisseur » fixés à la même surface, chacun réglé sur une fréquence différente dans la plage d’intérêt. Appliquez à chacun d'entre eux l'historique d'accélération mesuré, enregistrez la réponse maximale atteinte par chacun, puis tracez ces pics en fonction de la fréquence. Cette courbe correspond à la réponse SRS. On suppose que chaque système à un degré de liberté (SDOF) n'exerce aucun effet de charge de masse sur l'entrée de base.

Le résultat vous indique ce que l'historique temporel ne peut pas révéler : quelles sont les fréquences que ce choc particulier excite le plus fortement, et donc quelles résonances du produit réel sont menacées.

Pourquoi la valeur maximale de g n'est-elle pas suffisante ?

Une trace brute de choc fournit un seul chiffre, et ce chiffre varie en fonction du capteur, du montage et de la fréquence d'échantillonnage. Il ne donne aucune indication sur la composition fréquentielle ni sur le fait que l'énergie se concentre ou non là où votre produit est vulnérable. Deux impulsions présentant le même g de crête peuvent présenter un potentiel de dommage totalement différent.

Il convient de connaître deux propriétés du SRS avant de s'y fier. La transformation est la suivante : non réversible — de nombreuses formes d'onde différentes produisent le même spectre, car seules les réponses de crête sont conservées. Et la courbe dépend de la coefficient d'amortissement pris en compte dans le calcul ; c'est pourquoi un SRS doit toujours être indiqué avec son coefficient d'amortissement.

Analyse SRS en ligne et en temps réel

Traditionnellement, l'analyse SRS s'inscrit dans le cadre d'un processus de post-traitement : on effectue l'essai, on enregistre les données, on place des curseurs autour de l'événement, on recalcule, puis on examine la courbe. Si le choc n'était pas correct, on ne s'en rend compte qu'après coup — et dans le cas d'un essai destructif, « après coup » signifie qu'un autre échantillon a été sacrifié.

DewesoftX calcule le spectre de réponse aux chocs en ligne, pendant l'acquisition. Le spectre s'actualise au fur et à mesure que les chocs surviennent, ce qui vous permet de suivre l'évolution des niveaux tout au long d'une séquence d'événements et d'évaluer un essai alors qu'il est encore en cours. Pour les programmes comportant des chocs répétés — séquences de chutes, séries de tirs, essais de qualification multiaxiaux —, cela permet de transformer des heures de post-traitement en un affichage en temps réel.

Le traitement en ligne est optimisé pour les taux de chocs élevés ; ainsi, les événements très rapprochés sont traités sans perte de spectres.

Blocs horaires SRS

Le traitement en ligne s'effectue par tranches de temps prédéfinies, et vous pouvez suivre précisément les tranches utilisées pour chaque calcul. Il est ainsi très simple de définir des durées pertinentes pour la période de référence avant le choc, le choc lui-même et la période de décroissance après le choc — les trois périodes qui déterminent si les résultats primaires et résiduels ont une quelconque signification.

Modes de détection des chocs

Corrigé La détection utilise des fenêtres définies, adaptées à un test contrôlé où l'événement survient à un moment précis.

Dynamique La détection adapte les fenêtres à chaque événement et prend en charge le traitement en ligne, ce qui rend possible la capture automatique d'une séquence de chocs répétée.

Chaque mode comporte, dans la configuration, une illustration montrant comment ses paramètres modifient le traitement — ce qui s'avère utile lorsqu'une procédure de test est transmise à une personne qui ne l'a pas rédigée.

Spectre de choc de pseudo-vitesse (PVSS)

L'accélération est l'unité naturelle permettant de mesurer un choc. Ce n'est pas toujours la meilleure unité pour l'évaluer.

La pseudo-vitesse est proportionnelle à la contrainte maximale induite par un choc dans une structure, ce qui fait du spectre de choc en pseudo-vitesse un indicateur plus direct du potentiel de dommage que l'accélération seule. Lorsqu'il s'agit de comparer deux chocs dont la composition fréquentielle est très différente, le PVSS est l'approche qui donne tout son sens à cette comparaison.

DewesoftX présente les résultats SRS sur un graphique de pseudo-vitesse en échelle logarithmique-logarithmique dont les axes sont réglables sur les quatre côtés, ce qui permet de lire l'accélération, la vitesse et le déplacement à partir d'une même courbe. Les valeurs correspondant à la position du curseur s'affichent simultanément dans l'en-tête du graphique pour chaque grandeur : il suffit de placer le curseur sur le « coude » de la courbe pour lire les trois grandeurs sans changer de vue.

Le graphique de pseudo-vitesse prend en charge le mode de détection dynamique des chocs en temps réel ; cette vue est donc disponible aussi bien en temps réel qu'en post-traitement.

Paramètres de calcul du SRS

Tous les paramètres ayant une incidence sur le résultat sont indiqués, et chacun d'entre eux peut être modifié hors ligne puis recalculé sans avoir à répéter le test — ce qui est important lorsqu'une spécification s'avère reposer sur une valeur d'amortissement différente de celle que vous avez mesurée.

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.

Chaque mode de détection des chocs est accompagné, dans la configuration, d'une illustration montrant comment ses paramètres modifient le traitement — ce qui s'avère utile lorsqu'on confie une procédure de test à une personne qui ne l'a pas élaborée.

Choix d'une valeur d'amortissement

Un amortissement relatif de 5 % — soit un facteur de qualité Q égal à 10 — est la valeur par défaut habituelle et celle sur laquelle se basent la plupart des cahiers des charges. La relation est la suivante : Q = 1/(2ζ) ; ainsi, diviser par deux le rapport d'amortissement double la valeur de Q et augmente les pics.

Un amortissement plus faible produit un spectre plus pointu, car chaque oscillateur résonne plus longtemps et porte plus loin. Un amortissement très élevé aplatit la courbe jusqu’à la rendre quasi rectiligne. Aucune de ces deux approches n’est erronée ; elles répondent à des questions différentes. Ce qui importe, c’est que la valeur d’amortissement accompagne le résultat, car un même choc produit un spectre différent selon le rapport d’amortissement utilisé.

Pour en savoir plus, consultez le manuel du SRS de DewesoftX

Canaux de sortie SRS

Les résultats sont disponibles sous forme d'accélération, de vitesse ou de déplacement, et chacun de ces paramètres est divisé en trois intervalles de temps, soit neuf canaux de sortie au total :

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

Chacune de ces valeurs est disponible sous forme de maximum absolu, de maximum (valeur positive) et de minimum (valeur négative).

Maximax — l'enveloppe des réponses positives et négatives absolues sur l'ensemble de la mesure — constitue le format de présentation standard et la courbe sur laquelle s'appuient la plupart des spécifications. Si un document mentionne « le SRS » sans autre précision, cela désigne presque toujours la courbe « maximax » avec un amortissement de 5 % sur un graphique logarithmique-logarithmique.

Primaire et résiduel Cela a son importance lorsque l’on doit déterminer d’où provient le risque de dommages. Une amplitude primaire élevée associée à une amplitude résiduelle faible indique que la structure est soumise à de fortes sollicitations mais se stabilise rapidement. Une amplitude primaire faible associée à une amplitude résiduelle élevée indique que la structure continue à osciller après l’événement — ce qui est généralement le signe d’un problème de résonance, et la question qui guide la conception des isolateurs et des supports.

Séparation positif et négatif les cas où une structure réagit de manière asymétrique, ce qui est fréquent dès lors qu'un joint, une fixation ou un point de contact se comporte différemment en traction et en compression.

Pour en savoir plus, consultez le manuel du SRS de DewesoftX

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Comparaison d'un SRS avec une courbe de référence

Calcul d'un spectre : réponses ce qui s'est passé. La qualification pose une question différente — Est-ce que ça passe ? — et cette réponse s'obtient en comparant le SRS mesuré à une courbe de référence : le spectre requis par la spécification, avec des bandes de tolérance de part et d'autre.

Ces plages sont définies par les normes et ne relèvent pas du seul jugement des ingénieurs ; elles sont d'ailleurs plus étroites que la plupart des gens ne le pensent.

Ce qu'exige la norme MIL-STD-810H

Les deux méthodes d'essai de choc décrites dans la norme MIL-STD-810H définissent leurs exigences sous forme de tolérances en dB par rapport à une accélération maximale de référence (SRS), et précisent toutes deux comment le spectre doit être calculé pour que la comparaison soit valable.

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

Deux exigences posent souvent problème.

  • Un élément en cours de test échoue lui aussi. La méthode 517.3 exige qu'au moins la moitié des valeurs SRS individuelles dépassent la spécification nominale. Un spectre qui reste largement dans la bande de tolérance inférieure sur toute la plage n'est pas considéré comme conforme : cela signifie que l'article n'a pas été suffisamment testé.

  • La résolution et l'amortissement ne sont pas des choix libres. Ces deux méthodes utilisent des fréquences centrales de 1/12 d'octave et un facteur Q égal à 10. Un spectre calculé à 1/3 d'octave, ou avec un rapport d'amortissement différent, n'est pas comparable à la référence, quelle que soit la qualité de la mesure sur laquelle il repose.

Symétrie positive, négative et d'impulsion

La méthode 516.8 utilise conjointement les spectres maximal et minimal pour vérifier la symétrie : lorsque les réponses positive et négative respectent toutes deux la tolérance, l'impulsion est considérée comme symétrique. C'est là que les canaux de sortie distincts « max » et « min » trouvent toute leur utilité : l'asymétrie entre eux constitue un résultat documenté, et non une simple curiosité diagnostique.

Comparaison avec la référence dans DewesoftX

Une courbe de référence est définie dans le module « Courbe de référence » de DewesoftX : elle peut être saisie manuellement, enregistrée à partir d'une mesure d'un simple clic, ou collée directement à partir d'un cahier des charges. La valeur SRS mesurée est comparée en continu à cette courbe, et un canal de sortie d'état change d'état lorsque la courbe franchit une limite.

Comme le résultat se présente sous la forme d'un canal plutôt que d'une image, les résultats « réussi » ou « échoué » peuvent être enregistrés, affichés, utilisés comme critère de déclenchement et exportés avec toutes les autres données du test ; ainsi, le verdict de qualification figure dans le même fichier de données que les éléments justificatifs qui le sous-tendent.

En savoir plus sur les essais de chocs mécaniques — les normes elles-mêmes, les types de tests et le matériel.

Rapports et exportation

DewesoftX intègre des outils de création de rapports complets qui permettent de générer des rapports directement depuis notre logiciel.

Les résultats SRS sont générés directement par DewesoftX, parallèlement à la courbe temporelle, à la vidéo et à tout autre canal enregistré sur la même base de temps. L'exportation est possible vers MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro et UFF.

Les licences d'analyse sont gratuites et illimitées ; vos collègues peuvent ainsi ouvrir une mesure, modifier la valeur d'amortissement, refaire le calcul et consulter le résultat sans avoir à acheter de licence. Pour un rapport d'essai devant être examiné par un client ou un organisme de certification, cela évite le problème récurrent consistant à envoyer à quelqu'un un fichier de données qu'il ne peut pas ouvrir.

Matériel d'acquisition de données (DAQ) pour la mesure SRS

La fiabilité d'un SRS dépend entièrement de la précision des mesures sur lesquelles il repose. Le calcul reproduit fidèlement tout ce qui a atteint le convertisseur — y compris l'énergie issue d'un effet d'aliasing au-delà de la limite d'échantillonnage, qui apparaît dans le spectre comme un contenu légitime à basse fréquence et ne peut être supprimée par la suite.

Les systèmes d'acquisition de données (DAQ) Dewesoft intègrent des filtres anti-aliasing dans le chemin du signal analogique, et le SIRIUS® XHS couvre la bande passante requise pour les événements pyrotechniques et balistiques. Le module SRS fonctionne sur n'importe quel système Dewesoft ; ainsi, l'analyse est la même, que le front-end soit un appareil portable à deux canaux ou un rack à 288 canaux.

Découvrez la page consacrée aux essais de résistance aux chocs mécaniques — le matériel, les capteurs, les normes et les types de tests dans leur intégralité.

SIRIUS X LED ring for checking connection status of IEPE sensors

Ce que fait et ne fait pas Dewesoft SRS

DewesoftX mesure et analyse shock : acquisition des données de l'événement, calcul du spectre et communication des résultats.

Cela ne fonctionne pas Synthèse SRS — générer une forme d'onde de commande permettant de reproduire un spectre cible sur un vibrateur — et il ne commande ni vibrateur ni machine à chocs. Il s'agit là de fonctions propres au contrôleur, et les systèmes Dewesoft fonctionnent en complément du contrôleur dont vous disposez, sans le remplacer.

Concrètement, cela signifie que Dewesoft mesure ce qui s'est réellement passé au niveau de l'échantillon d'essai, indépendamment de l'équipement qui commande la table. Pour les chocs pyrotechniques, les chutes, les chocs balistiques, les explosions et les chocs liés au transport — où il n'y a souvent aucun dispositif de contrôle —, il s'agit de la chaîne complète de mesure et d'analyse.

Questions fréquentes

Nous avons rassemblé toutes les réponses que vous recherchez, soigneusement organisées pour vous.

Une analyse SRS représente graphiquement la réponse maximale d'un ensemble de systèmes hypothétiques à un seul degré de liberté en fonction de leur fréquence propre, tous soumis au même choc mesuré. Elle permet d'identifier les fréquences auxquelles le choc provoque les excitations les plus fortes et, par conséquent, les résonances d'un produit réel qui présentent un risque.

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