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Espectro de resposta ao choque (SRS)
Espectros ISO 18431-4, calculados em tempo real enquanto o teste está a decorrer.
Um espectro de resposta a choques transforma um transiente ilegível numa curva de potencial de danos. Em vez de avaliar um choque com base no seu valor de pico de g — que depende tanto do sensor e da montagem como do próprio evento —, um SRS prevê como estruturas com diferentes frequências naturais responderiam ao mesmo impulso. É a linguagem em que são redigidas as especificações relativas a choques, desde a norma MIL-STD-810 até aos requisitos relativos a choques pirotécnicos em naves espaciais.
O DewesoftX calcula o SRS de acordo com a norma ISO 18431-4, e fá-lo online, durante a aquisição — e não depois. Os níveis de choque são apresentados em tempo real ao longo de eventos repetidos, pelo que é possível avaliar um teste enquanto este ainda está a decorrer, em vez de se descobrir um problema na fase de pós-processamento. Os resultados são apresentados num gráfico de pseudo-velocidade log-log, onde a aceleração, a velocidade e o deslocamento podem ser lidos a partir da mesma curva. O módulo SRS faz parte do DewesoftX, que é fornecido com todos os sistemas Dewesoft sem custos adicionais.
Destaques
SRS online em tempo real
Calcule os espectros de resposta aos choques em tempo real durante a aquisição, e não posteriormente. O processamento em linha calcula as tendências dos níveis de choque ao longo de uma sequência de eventos e está otimizado para taxas elevadas de choques, pelo que os choques muito próximos uns dos outros são tratados sem que se perca nenhum espectro.
Espectro de choque de pseudovelocidade
Um gráfico de pseudo-velocidade em escala logarítmica dupla com eixos ajustáveis nos quatro lados, de modo a permitir a leitura da aceleração, da velocidade e do deslocamento a partir de uma única curva. Os valores do cursor para cada grandeza aparecem simultaneamente no cabeçalho do gráfico.
Em conformidade com a norma ISO 18431-4
O SRS é calculado de acordo com a norma ISO 18431-4, pelo que os resultados são comparáveis aos de qualquer outro analisador em conformidade com a norma e podem ser justificados num relatório de ensaio.
Detecção automática de choques
Os modos de deteção «Fixo» e «Dinâmico» identificam o evento e definem as janelas de pré-choque, choque e pós-choque. O modo «Dinâmico» funciona em tempo real, pelo que os choques repetidos são capturados sem necessidade de colocar os cursores manualmente.
Nove canais de saída
Curvas compostas (maximax), primárias e residuais, cada uma como máximo absoluto, máximo e mínimo, disponíveis em aceleração, velocidade ou deslocamento.
Intervalo de frequência e resolução selecionáveis
Defina a frequência inicial e final do cálculo e escolha o espaçamento em oitavas fracionárias, garantindo uma resolução adequada nos pontos em que a resposta é importante.
Amortecimento e fator de qualidade
Defina o amortecimento relativo ou o fator de qualidade e altere-o fora de linha, sem ter de repetir o teste. O amortecimento padrão de 5 % corresponde a Q = 10; o amortecimento nulo proporciona a resposta máxima, enquanto um amortecimento elevado achata a curva.
Qualquer sistema de unidades
O SRS suporta todas as unidades definidas no Editor de Grandezas Físicas, tanto as do Sistema Internacional (SI) como as baseadas em polegadas. Os resultados podem ser exportados para o MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro e UFF.
Configuração simples e intuitiva
A configuração dos sensores, do sistema de aquisição de dados e do software é rápida e fácil. A deteção automática dos sensores e a compatibilidade com o TEDS permitem-lhe começar a medir sinais num instante.
Matemática avançada
Todos os parâmetros relevantes, como composite/maximax, primary e residual, são calculados on-line em tempo real. Os resultados no espectro no domínio da frequência podem ser mostrados como aceleração, velocidade ou deslocamento.
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O que é um espectro de resposta ao choque (SRS)?
Um espectro de resposta a choques é um gráfico que representa a resposta de pico de um conjunto de sistemas hipotéticos de grau de liberdade único (SDOF) em função da sua frequência natural, quando cada um deles é submetido ao mesmo choque medido na sua base.
Imagine uma fila de osciladores do tipo «massa-mola-amortecedor» fixados à mesma superfície, cada um sintonizado numa frequência diferente dentro do intervalo de interesse. Aplique a curva temporal da aceleração medida a todos eles, registe a resposta máxima que cada um atinge e represente graficamente esses picos em função da frequência. Essa curva é a SRS. Presume-se que cada sistema SDOF não tenha qualquer efeito de carga de massa na entrada da base.
O resultado revela o que a análise temporal não consegue indicar: quais as frequências que este choque específico excita com maior intensidade e, por conseguinte, quais as ressonâncias do produto real que estão em risco.
Por que razão o pico de g não é suficiente
Um registo bruto de choque fornece um único valor, e esse valor varia em função do sensor, da montagem e da taxa de amostragem. Não diz nada sobre o conteúdo de frequência nem sobre se a energia se concentra nas zonas em que o seu produto é vulnerável. Dois impulsos com o mesmo pico de g podem ter um potencial de danos totalmente diferente.
Há duas propriedades da SRS que convém conhecer antes de se basear nela. A transformação é não reversível — muitas formas de onda diferentes produzem o mesmo espectro, porque apenas as respostas de pico são retidas. E a curva depende do valor de amortecimento presumido no cálculo, razão pela qual um SRS deve ser sempre indicado com o seu amortecimento.
Análise SRS online em tempo real
Tradicionalmente, o SRS tem sido um exercício de pós-processamento: realizar o ensaio, armazenar os dados, colocar cursores em torno do evento, recalcular e, por fim, analisar a curva. Se o choque estiver errado, só se descobre depois — e, num ensaio destrutivo, «depois» significa que mais uma peça foi desperdiçada.
O DewesoftX calcula o espectro de resposta ao choque online, durante a aquisição. O espectro é atualizado à medida que os choques ocorrem, pelo que é possível acompanhar a evolução dos níveis ao longo de uma sequência de eventos e avaliar um ensaio enquanto este ainda está a decorrer. No caso de programas com choques repetidos — sequências de queda, séries de disparos, ensaios de qualificação multieixos —, isto transforma horas de pós-processamento numa leitura em tempo real.
O processamento em linha está otimizado para taxas de choques elevadas, pelo que os eventos muito próximos uns dos outros são tratados sem que se perca nenhum espectro.
Blocos de tempo do SRS
O processamento online funciona com intervalos de tempo acionados, e é possível acompanhar os intervalos exatos que estão a ser utilizados para cada cálculo. Isso facilita a definição de durações adequadas para a linha de base pré-choque, o próprio choque e o decaimento pós-choque — as três janelas que determinam se os resultados primários e residuais têm algum significado.
Modos de deteção de choques
Corrigido A deteção utiliza janelas definidas, adequadas a um teste controlado em que o evento ocorre na hora marcada.
Dinâmico A deteção adapta as janelas a cada evento e suporta o processamento em linha, o que torna prática a captura automática de uma sequência de choques repetidos.
Cada modo inclui uma ilustração na configuração que mostra como as suas definições alteram o processamento — o que é útil quando um procedimento de teste é passado a alguém que não o elaborou.
Espectro de choque de pseudo-velocidade (PVSS)
A aceleração é a unidade natural para medir um choque. Nem sempre é a melhor unidade para avaliar um choque.
A pseudovelocidade é proporcional à tensão de pico que um choque induz numa estrutura, o que torna o espectro de choque de pseudovelocidade um indicador mais direto do potencial de danos do que a aceleração por si só. Quando é necessário comparar dois choques com um conteúdo de frequências muito diferente, o PVSS é a perspetiva que torna essa comparação significativa.
O DewesoftX apresenta os resultados do SRS num gráfico de pseudo-velocidade log-log com eixos ajustáveis nos quatro lados, para que a aceleração, a velocidade e o deslocamento possam ser lidos a partir da mesma curva. Os valores correspondentes à posição do cursor aparecem no cabeçalho do gráfico para todas as grandezas em simultâneo — basta colocar o cursor no ponto de inflexão da curva para ler as três grandezas sem ter de mudar de visualização.
O gráfico de pseudovelocidade suporta o modo de deteção dinâmica de choques em tempo real, pelo que esta visualização está disponível tanto em tempo real como no pós-processamento.
Definições de cálculo do SRS
Todos os parâmetros que afetam o resultado são apresentados, e todos eles podem ser alterados fora de linha e recalculados sem repetir o teste — o que é importante quando se verifica que uma especificação pressupõe um valor de amortecimento diferente daquele que foi medido.
| Setting | What it does |
|---|---|
| Start / end frequency | Defines 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 factor | Relative damping ratio or Q. 5% damping = Q of 10. Zero damping gives maximum response; very high damping produces a nearly flat line. |
| Remove DC offset | Averages DC over a defined interval at the start of the signal and subtracts it as a constant. |
| Compensate DC drift | Calculates DC at the start and the end of the signal and subtracts a linear interpolation between them. |
| Velocity DC filter | Removes the DC component from the calculated velocity time history. |
| Noise floor | Measures the input noise floor over a defined interval, so the useful dynamic range of the result is known. |
| Shock detection mode | Fixed or Dynamic. Dynamic supports online processing and adapts the time blocks to each event. |
| Units | All units defined in the Physical quantity editor, SI or inch-based. |
Cada modo de deteção de choques tem uma ilustração na configuração que mostra como as respetivas definições alteram o processamento — o que é útil quando se entrega um procedimento de teste a alguém que não o elaborou.
Escolha de um valor de amortecimento
Um amortecimento relativo de 5% — um fator de qualidade Q igual a 10 — é o valor predefinido habitual e o que a maioria das especificações pressupõe. A relação é Q = 1/(2ζ), pelo que reduzir para metade a relação de amortecimento duplica o valor de Q e aumenta os picos.
Um amortecimento mais baixo produz um espectro mais pontiagudo, porque cada oscilador ressoa por mais tempo e atinge uma amplitude maior. Um amortecimento muito elevado achata a curva, aproximando-a de uma linha reta. Nenhuma das duas opções está errada; respondem a questões diferentes. O que importa é que o valor do amortecimento acompanhe o resultado, porque o mesmo choque produz um espectro diferente consoante a relação de amortecimento.
Canais de saída do SRS
Os resultados estão disponíveis sob a forma de aceleração, velocidade ou deslocamento, e cada um destes parâmetros é dividido em três intervalos de tempo — num total de nove canais de saída:
| Section | Name | What it represents |
|---|---|---|
| Whole measurement | Composite / maximax | Worst-case extrema across the whole event — absolute max, max and min |
| During the shock | Primary | Forced response, while the input is still being applied |
| After the shock | Residual | Free vibration, after the input has stopped |
Cada um está disponível como máximo absoluto, máximo (positivo) e mínimo (negativo).
Maximax — o intervalo de respostas positivas e negativas absolutas ao longo de toda a medição — é o formato de apresentação padrão e a curva em que se baseiam a maioria das especificações. Se um documento referir «o SRS» sem qualquer especificação adicional, isso significa quase sempre o método maximax com um amortecimento de 5% num gráfico log-log.
Primário e residual Isso é importante quando é necessário saber de onde provém o potencial de danos. Um valor primário elevado com um residual baixo indica que a estrutura está a ser submetida a forças intensas, mas se estabiliza rapidamente. Um valor primário baixo com um residual elevado indica que a estrutura continua a oscilar após o evento — o que é o indício habitual de um problema de ressonância e a questão que orienta a conceção dos isoladores e dos suportes.
Separar positivo e negativo casos em que uma estrutura responde de forma assimétrica, o que é comum sempre que uma junta, um suporte ou um ponto de contacto se comporta de forma diferente em tensão do que em compressão.
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Comparação de um SRS com uma curva de referência
Respostas sobre o cálculo de um espectro o que aconteceu. A qualificação coloca uma questão diferente — Isso passa? — e essa resposta resulta da comparação do SRS medido com uma curva de referência: o espectro exigido pela especificação, com faixas de tolerância de ambos os lados.
Essas faixas estão definidas nas normas, em vez de serem deixadas ao critério dos engenheiros, e são mais restritas do que a maioria das pessoas imagina.
O que a norma MIL-STD-810H exige
Ambos os métodos de ensaio de choque previstos na norma MIL-STD-810H definem os seus requisitos como tolerâncias em dB em torno de um SRS de aceleração máxima de referência e ambos especificam como o espectro deve ser calculado para que a comparação seja válida.
| Parameter | Method 516.8 — Shock | Method 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 range | 10 Hz – 2 kHz | 100 Hz – 20 kHz (10 Hz – 3 kHz for shaker-based far-field) |
| Spectrum type | Maximax acceleration | Maximax acceleration, with maximax pseudo-velocity as required secondary display |
| Resolution | 1/12-octave centre frequencies | 1/12-octave centre frequencies (Procedures I–IV) |
| Damping | Q = 10 (≈5% critical) | Q = 10, plus a second pass at Q = 50 where the data drives a lab simulation |
Há dois requisitos que costumam apanhar as pessoas de surpresa.
Um elemento em teste também falha. O Método 517.3 exige que, pelo menos, metade dos valores SRS individuais excedam a especificação nominal. Um espectro que se situe confortavelmente dentro da banda de tolerância inferior em toda a gama não foi aprovado — o artigo não foi submetido a testes suficientes.
A resolução e o amortecimento não são escolhas livres. Ambos os métodos especificam frequências centrais de 1/12 de oitava e Q = 10. Um espectro calculado em 1/3 de oitava, ou com um rácio de amortecimento diferente, não é comparável à referência, por melhor que tenha sido a medição subjacente.
Simetia positiva, negativa e de pulso
O Método 516.8 utiliza os espectros máximo e mínimo em conjunto como verificação de simetria: quando tanto a resposta positiva como a negativa cumprem os limites de tolerância, o impulso é considerado simétrico. É aqui que os canais de saída separados para o máximo e o mínimo se revelam úteis — a assimetria entre eles é um resultado documentado, não uma curiosidade de diagnóstico.
Comparação com a referência no DewesoftX
Uma curva de referência é definida no módulo de curvas de referência do DewesoftX: introduzida manualmente, capturada a partir de uma medição com um único botão ou colada diretamente de um documento de especificações. O SRS medido é comparado continuamente com essa curva, e um canal de saída de estado altera o seu estado quando a curva ultrapassa um limite.
Como o resultado é um canal e não uma imagem, a classificação «aprovado/reprovado» pode ser registada, apresentada, ativada e exportada juntamente com todos os restantes dados do teste — pelo que o veredicto de qualificação fica guardado no mesmo ficheiro de dados que as provas em que se baseia.
Saiba mais sobre os ensaios de choque mecânico — as próprias normas, os tipos de testes e o equipamento.
Relatórios e exportação
O DewesoftX inclui um conjunto completo de ferramentas de criação de relatórios que permitem a elaboração dos relatórios diretamente no nosso software.
O relatório dos resultados do SRS é apresentado diretamente a partir do DewesoftX, juntamente com o gráfico temporal, o vídeo e qualquer outro canal gravado na mesma base temporal. A exportação pode ser feita para o MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro e UFF.
As licenças de análise são gratuitas e ilimitadas, pelo que os colegas podem abrir uma medição, alterar o valor de amortecimento, recalcular e consultar o resultado sem terem de adquirir uma licença. No caso de um relatório de ensaio que tenha de ser revisto por um cliente ou por um organismo de certificação, isto elimina o inconveniente habitual de enviar a alguém um ficheiro de dados que esta pessoa não consegue abrir.
Hardware DAQ para medição SRS
A fiabilidade de um SRS depende inteiramente da medição subjacente. O cálculo reproduz fielmente tudo o que chegou ao conversor — incluindo a energia que sofreu aliasing a partir de frequências superiores ao limite de amostragem, a qual aparece no espectro como conteúdo legítimo de baixa frequência e não pode ser removida posteriormente.
Os sistemas de aquisição de dados (DAQ) da Dewesoft incorporam filtros anti-aliasing no percurso do sinal analógico, e o SIRIUS® XHS abrange a largura de banda exigida por eventos pirotécnicos e balísticos. O módulo SRS funciona em qualquer sistema Dewesoft, pelo que a mesma análise se aplica quer o front-end seja um dispositivo portátil de dois canais ou um rack de 288 canais.
Explore a página sobre ensaios de choque mecânico — hardware, sensores, normas e tipos de ensaios, na íntegra.
O que o Dewesoft SRS faz e o que não faz
DewesoftX mede e analisa choque: aquisição do evento, cálculo do espectro e comunicação do resultado.
Não funciona Síntese SRS — gerando uma forma de onda de comando para reproduzir um espectro alvo num agitador — e não controla um agitador nem uma máquina de choques. Essas são funções do controlador, e os sistemas Dewesoft funcionam em conjunto com qualquer controlador que tenha, em vez de o substituírem.
Na prática, isto significa que a Dewesoft mede o que realmente aconteceu no objeto em teste, independentemente do equipamento que controla a mesa. No caso de choques pirotécnicos, de queda, balísticos, de explosão e de transporte — em que, muitas vezes, não existe qualquer controlador —, trata-se de toda a cadeia de medição e análise.
Perguntas frequentes
Reunimos todas as respostas que procura, organizadas para si.
Um SRS representa graficamente a resposta de pico de um conjunto de sistemas hipotéticos de um único grau de liberdade em função da sua frequência natural, todos submetidos ao mesmo choque medido. Mostra quais as frequências que o choque excita com maior intensidade e, por conseguinte, quais as ressonâncias de um produto real que estão em risco.
A curva temporal da aceleração medida é aplicada como entrada de base a um conjunto de osciladores SDOF que abrangem a gama de frequências em questão. A resposta de pico de cada oscilador é registada e representada graficamente em função da sua frequência natural, em pontos espaçados logaritmicamente. O DewesoftX cumpre a norma ISO 18431-4.
Um amortecimento relativo de 5 %, equivalente a um fator de qualidade Q de 10, é o valor predefinido habitual e o que a maioria das especificações pressupõe. Um amortecimento mais baixo produz picos mais elevados; um amortecimento muito elevado achata a curva, aproximando-a de uma linha reta. Indique sempre o valor do amortecimento juntamente com qualquer SRS — o mesmo choque produz um espectro diferente consoante a relação de amortecimento.
A resposta primária é a resposta durante o choque, enquanto a excitação ainda está a ser aplicada. A resposta residual é a resposta em vibração livre após o fim do choque. A resposta Maximax é o envelope do valor máximo absoluto ao longo de toda a medição, sendo a curva em que se baseiam a maioria das especificações.
A pseudovelocidade é proporcional à tensão de pico induzida por um choque, pelo que um espectro de choque em pseudovelocidade indica o potencial de danos de forma mais direta do que a aceleração. É apresentado num gráfico log-log, onde a aceleração, a velocidade e o deslocamento podem ser lidos a partir da mesma curva, sendo esta a melhor forma de comparar choques com conteúdos de frequência muito diferentes.
Sim. O DewesoftX calcula o SRS em tempo real durante a aquisição, com análise de tendências de choques em eventos repetidos. O processamento em tempo real está otimizado para taxas elevadas de choques, e o modo de deteção dinâmica de choques gere automaticamente a configuração dos blocos de tempo.
Sim. A gama de frequências, o amortecimento ou o fator Q, o espaçamento entre oitavas e a capacidade de tratamento de corrente contínua podem ser alterados na fase de pós-processamento, e o espectro pode ser recalculado a partir do registo temporal armazenado, sem necessidade de repetir o ensaio.
Uma FFT decompõe um sinal nas frequências que este contém. Um SRS faz algo diferente: indica como um conjunto de estruturas hipotéticas responderia ao sinal. Uma FFT descreve o choque; um SRS descreve o seu efeito. No caso de um evento transiente, a FFT de um impulso curto e não repetitivo é difícil de interpretar, razão pela qual as especificações de choque utilizam espectros de resposta em vez de espectros de conteúdo.
Não. O DewesoftX mede e analisa choques; não sintetiza uma forma de onda de acionamento para corresponder a um espectro alvo, nem controla um agitador ou uma máquina de choques. Funciona em conjunto com o seu controlador existente e, no caso de ensaios de queda, choque pirotécnico e explosão, normalmente não é necessário qualquer controlador.
O SRS é calculado de acordo com a norma ISO 18431-4, a norma internacional para o cálculo do espectro de resposta ao choque, pelo que os resultados são comparáveis aos de qualquer outro analisador que cumpra essa norma.
Os resultados podem ser exportados para o MATLAB, Excel, DIAdem, FlexPro e UFF, e podem ser apresentados diretamente a partir do DewesoftX. As licenças de análise são gratuitas e ilimitadas, pelo que os colegas podem abrir e analisar os dados sem necessidade de adquirir uma licença.
Uma curva de referência é o espectro de resposta ao choque exigido por uma especificação de ensaio, com faixas de tolerância em ambos os lados. O SRS medido é comparado com essa curva para determinar se o ensaio foi aprovado. A norma MIL-STD-810H define estas faixas em dB — por exemplo, de −1,5 dB a +3 dB em pelo menos 90 % dos pontos entre 10 Hz e 2 kHz para o ensaio de choque do Método 516.8.
O método 516.8 exige que pelo menos 90 % dos pontos SRS de aceleração «maximax» se situem entre −1,5 dB e +3 dB em relação à referência na faixa de 10 Hz a 2 kHz, devendo os restantes situarem-se entre −3 dB e +6 dB. O método 517.3 (pyroshock) utiliza o intervalo de −3 dB a +6 dB para 80–90% dos pontos na faixa de 100 Hz a 20 kHz e exige, além disso, que pelo menos metade dos valores exceda a especificação nominal. Ambos especificam frequências centrais de 1/12 de oitava e Q = 10.
A norma MIL-STD-810H especifica frequências centrais de 1/12 de oitava e um fator de qualidade de Q = 10, equivalente a cerca de 5% de amortecimento crítico, tanto para choques como para choques pirotécnicos. O Método 517.3 exige, além disso, uma segunda medição com Q = 50, em que a medição servirá de base para uma simulação em laboratório. Um espectro calculado com configurações diferentes não pode ser comparado com a referência.
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