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내진과 진동시험 차이에 대한 사례 연구

원전계측제어 심포지엄(NUPIC 2013)

2013. 11. 08

본사 & 신뢰성 연구소, 진동.지진시험소: 경기도 용인시 기흥구 고매동 398-1

진동 시험소 / EMC 시험소: 경기도 용인시 기흥구 고매동 413-15

삼성전자 시험소: 경기도 수원시 영통구 매탄동 416번지 삼성전자 내

심중호 : 031-240-6601 / 010-9038-0642

http://blog.naver.com/fleeguy.do

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원전 계측제어 심포지엄 (NuPIC 2013)

내진

비지진 진동

OBE

SSE

Sine sweep

Sine beat

공진탐색시험

Sine sweep

Random wave

IEEE 344

일반 원자력 관련 제품

IEEE 382

밸브, 배관, 구조지지 등

단축 공진탐색

정확한 공진주파수 탐색

내진시험

3축 동시 공진탐색

Multi frequency

원자력 내진시험의 종류

IEEE 382

밸브, 배관, 구조지지 등

1


다중공진 등 복합문제의 적출이 가능

3축 동시 시험으로 지진 환경에 가장 근접함

시험시간이 짧다

실제 환경에 존재함

지반, 건물, 지지구조물 등 내진측정을 분석하여 규격화 할 수 있음

정확한 내진 해석이 가능

비용이 많이 든다(장비 고가, 분석기술자 필요)

내진시험 장.단점

2


산업군 규 격 차이점 비 고

원자력 IEEE 344 IEEE 382

-.OBE 5회, SSE 1회 -.내진시험은 3축 동시 권장 -.공진주파수에 따른 RRS포괄 제시 -.광범위하게 각 시험방법 설명

전기통신 설비

NEBS

-.내진+제품진동+포장진동+정 하중 -.변위 기준 제시 -.공진주파수에 따른 RRS포괄 제시 -.축에 대한 내용 없음, 설치방법 제시 -.판정기준을 세밀하게 제시

국내규격 (전파연구소 공고 제

2009-3호)

-.내진2 회 -.변위 기준 제시 -.3축 동시 시행

IEC 60068-2-57 -.시험응답스펙트럼 허용구간 규정 -.응답스펙트럼 포락 방법

IEC 60068-3-3 -.내진시험 종류에 대한 설명 -.내진성능의 기준 -.각 축에 대한 설명

각 내진시험규격 차이점

3


진동시험의 종류

4

사인시험

랜덤시험

진동수 고정

진동수 소인

광대역 랜덤

협대역 랜덤

실시간 파형시험

충격파시험

단시간 반복

실장시간

정형파

실시간 충격파

공진 점 검출시험

진동기능시험

진동내구시험

소인진동내구

Sine on Random

Random on Random

Shock on Random

실 진동 내구시험

Half sine

삼각파

진동시험

에어백 등의 충돌충격파형 재현


사인진동시험 장.단점

5

정확한 진동해석이 가능

시험장치에 드는 비용이 다소 낮다.

짧은 주파수대역에서 공진주파수를 체크하므로 실제

운송중의 진동주파수 대역과 상이함

시험시간과 주행거리 간에는 상관관계가 없다.

실제 환경에는 거의 존재하지 않음

피크치 부근에 신호가 집중하고 시간 축 상에는 1개의 진동수

밖에 존재하지 않는다.


사용 환경에 입각한 시험이 가능

다중공진 등 복합문제의 적출이 가능

시험시간의 단축 가능

실제 환경에 많이 존재한다.

진동에 대해서는 확률론적, 통계적 평균으로 평가

주파수 축 상 스펙트럼은 연속분포

운송경로, 구간별 진동측정을 분석하여 규격화 할 수 있음

비용이 많이 든다(장비 고가, 분석기술자 필요)

정확한 진동해석이 불가

랜덤진동시험 장.단점

6


산업군 주파수 범위 진동 종류 비 고

원자력 5 ~ 100 Hz Sine sweep 배관, 밸브

MIL(방산) 5 ~ 500 Hz Random

각 주파수 선정 SOR

자동차

10 ~ 2000 Hz Random 진동+온.습도 복합

10 ~ 2000 Hz Sine sweep

각 주파수 선정

유통(포장) 환경 5 ~ 200 Hz Random

전자 부품 규격 10 ~ 1000 Hz Sine sweep

국내철도 (해외 철도)

1 ~ 30 Hz (5 ~ 150Hz)

Sine sweep Random

산업군 별 진동 규격

7


내진과 진동의 차이(1)

지진시험과 진동시험 규격 차이는 없는가?

차이가 있다. 일반적인 가장 큰 차이는

-. 내진은 3축 동시 시험이고 진동은 각 축 별로 시험을 진행함.

-. 내진은 저주파수대인 반면 진동시험은 내진 대비 주파수가 높아

내진(진동) 대책으로 인해 진동(내진)시험에 문제가 발생되는

경우가 있음.

-. 내진시험은 내진 발생Data를 이용하지만 진동시험은 실제 발생

Data를 가속화시켜 사용

내진시험과 진동시험 사용 용어는?

내진시험 : 주파수, 가속도, ZPA, 감쇠계수, TRS, RRS, OBE, SSE

진동(Sine sweep) : 가속도, 진폭, 주파수, 시험시간, 기능, 내구성

진동(Random) : 주파수, Overall Grms, PSD level, 시험시간, 기능.내구성 8


내진시험과 진동시험의 검증의 차이는?

내진과 진동의 차이(2)

9

내 진 구 분 진 동

구조물에 대한 내구성 평가

평가 항목 각 모듈, 보드, Ass’y, 부품 등

동작상태 확인, 장착 물 이탈, 변위 측정, 풀림, Crack, 변형, 파손, 볼트 변형(Strain) 등 확인.

세부 내용

동작상태 확인, 장착 물 이탈, 부품이탈, wire 및 lead단선, 풀림, 찢어짐, 접촉불량, 납 Crack, 동박 들뜸 등


frequency Hz

RESPONS

E

f1

frequency Hz

RESPONS

E

f2

frequency Hz

RESPONSE

f3

f1

f2

f3

Parts

Board

Frame

frequency Hz

RESPONSE

frequency Hz

R

ESPONSE

frequency Hz

RESPONSE

f1 f2 f3

+ +

구 분 사인 진동 랜덤 진동

시험 기준

시험이 순차적으로 진행되므로 공진시험이

필요하고 공진에서 시험하는 내구성시험이

필요함 (제품은 고유의 공진 주파수를

가지고 있음) 예를 들어

10~200Hz라면 10,11,12,13…200Hz가

순차적으로 진동되지만 공진주파수가

20Hz라면 10~200Hz에서 공진에 해당하는

주파수는 시험하는 동안 극히 짧은 시간이므로

이를 개선하기 위해서 공진 점을 찾아

그 공진주파수에서 진동시험을 실시함

Random진동시험은 한꺼번에 모든 주파수가

발생하므로 공진시험이 필요 없고 Random하기 때문에 유통

중에 받는 진동충격에 가장 근사한 시험으로

초일류기업에서는 이미 오래 전부터 실시하고 있음

이 시험기준은 유통중인 컨테이너, 배, 비행기에

진동을 저장하는 레코더장비를 부착하여 그 데이터를 가지고

FFT Analysis로 분석하여 주파수, PSD Level, Grms 값,

테스트시간을 찾은 뒤 시험규격을 개발함.

비교 그림

사인진동과 랜덤진동의 차이

10


전자부품(바리스터)을 이용

저주파(사인) 진동은 KS 규격을 적용

일반주파수(랜덤) 진동은 IEC 규격을 적용

정현파 G값과 랜덤 Grms 값을 높여 짧은 시간에 많

은 고장이 발생하게 함.

진동 지그는 알루미늄 재질로 제작하여 공진 제거.

시험 내용

11


사인진동 (저주파) 랜덤 진동(일반)

- 주파수 : 1 ~ 30 Hz

- 가속도 : 69 m/s^2 (0 to peak)

- 시험시간 : 120분

- 시험 축 : 상.하

- 시험부품수량 : 바리스터 36 개

- 주파수 : 8 ~ 150 Hz

- Overall Grms : 59 m/s^2

- 시험시간 : 75분

- 시험 축 : 상.하

-시험부품수량 : 바리스터 36 개 .

시험규격 비교

12


진동시험기

시험시료 (바리스터)

진동지그 (알루미늄)

사인진동 시험 전 사인진동 120분 경과 랜덤진동 75분 경과

시험사진

13


저주파(사인) 진동으로 120분 동안 시험 시 1개의 부품도

이탈 없음

일반주파수(랜덤)시험으로 75분 경과 시 모든

부품이탈(36개).

위 결과를 보았을 때 내진시험에 사용되는 저주파 시험

규격은 전자 부품에 거의 영향을 주지 않음.

시험 결과

14


내진과 진동의 큰 차이는 주파수의 차이로 저주파수에서는

구조적 건전성에 영향이 미치고 주파수가 높을 수록 전자부품

에 영향을 받음.

차후 전기, 전자부품에 대한 내진 영향성 평가가 필요함

부품에 영향을 주는 팩터는 공진주파수, 시간, 가속도임

디지털 기기의 부품이나 어셈블리 영향을 가장 많이 받는 순

서대로 정렬하면 Random vibration > sine sweep > 내진시

험임

실제로 내진시험에 영향을 적게 받지만 함체의 요동으로 보드의

접촉부나 커넥터에 영향을 줌

결 론

15

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