Titreşim Testi Nedir ve Neden Gereklidir?
Sürekli olarak titreşimlerle çevriliyiz ve bunların bazıları diğerlerinden daha az hoşumuza gidiyor. Otomotiv, havacılık, elektronik ve diğer sanayilerin birçok ürünü, hareketli parçalara ciddi hasar verebilecek yoğun titreşim etkisine maruz kalmaktadır. Bu da ekipmanın kırılmasına hatta müşterilerinizin hayatının tehlikeye girmesine neden olabilir.
Titreşim testlerinin amacı, ürünlerin gerçek dünya koşullarında nasıl performans göstereceğini anlamak ve bu ürünleri olası arızalardan korumaktır. Bu yazımızda bu alana genel bir bakış atacağız.
Titreşim testine neden ihtiyaç duyarız?
Örnek olarak uçağı ele alalım. Bir uçak kalkış ve inişte yüksek titreşim seviyelerine, uçuş sırasında belirli bir salınım seviyesine ve türbülans sırasında giderek artan yüksek titreşim veya şoklara maruz kalır. Bunların hepsi uçağın gövdesinin yapısı, itme ve uçuş kontrol sistemleri üzerinde etkili olabilir. Yapıdaki herhangi bir hata veya yüksek rezonans, uçağın hareketli parçalarına zarar verebilir ve yolcular için potansiyel tehlike yaratabilir. Bizim öncelikli hedefimiz bu riski ortadan kaldırmak ve kullanıcının güvenliğini sağlamaktır.
Titreşim testleri yaparak, test edilen nesnenin ne kadar titreşime dayanabileceğini tahmin edebilir ve neden olabileceği hasarı önleyebiliriz. Diğer çevresel testlerle birlikte, titreşim testleri ürünün geliştirme, üretim ve kalite kontrolü sırasında güvenilirliğini kanıtlamak için hayati öneme sahiptir. Titreşim test prosedürlerini düzenlemek için uluslararası alanda tanınan bir dizi standart (MIL-STD 810, ISO, IEC, BS EN 60068-2-27, DO-160) mevcuttur.
Titreşim test sistemi nedir?
Titreşim test sistemi, titreşim testleri gerçekleştirmek için gerekli bir ekipman setidir. Aşağıda titreşim test sisteminin bileşenleri görülmektedir.
Titreşim test seti
Elektrodinamik titreşim sarsıcısı (shaker) veya uyarıcısı (exciter), test edilen nesneye, girişine iletilen akımla doğru orantılı olarak kuvvet iletmek için kullanılır. Esasen, sarsıcı bir hoparlör gibi çalışır. Kalbinde bir mıknatıs veya elektromıknatıs ve manyetik alanda asılı duran hareketli bir tel bobini vardır. Bobinden belirli bir akım geçirildiğinde, sarsıcının tablasını test nesnesi sabitlenmiş şekilde hareket ettiren orantılı bir dikey kuvvet üretir.
Bir güç amplifikatörü, titreşim kontrol cihazından gelen sinyali alır ve sarsıcıya gerekli yükseltilmiş gücü iletir.
Sensörler, sarsıcının etkilerini algılamak ve bilgileri titreşim kontrol cihazına göndermek için sarsıcı tablasına ve/veya test nesnesine monte edilir. Titreşim testleri sırasında, belirli görevlere bağlı olarak diğer sensör türleri (hız, yer değiştirme, kuvvet, gerinim ölçer vb.) gerekebilmesine rağmen, en yaygın olarak ivmeölçerler kullanılır. En yaygın olarak uygulanan ivmeölçerler IEPE ve şarj tipi ivmeölçerlerdir. Günümüzde TEDS ivmeölçerler (İçinde duyarlılık bilgileri saklı olan Transducer Electronic DataSheet) yaygın olarak kullanılır.
Titreşim kontrol cihazının rolü nedir?
Bir test setinde, bir kontrolör (veya bir titreşim kontrol cihazı) titreşim test sürecinin beyin merkezidir. Bilgisayarınızdaki titreşim test yazılımıyla birlikte sistem, titreşim testinin her adımını kontrol eder.
Titreşim testinden önce, kullanıcı testin gerekli parametrelerini yazılıma girer. Sistem, test edilen nesnenin tam olarak belirtilen etkiyi almasını temin etmektedir. Bunu yapmak için, bir titreşim kontrolörü kapalı çevrim kontrol sağlamalıdır.
Titreşim testindeki kapalı çevrim geri bildirim mekanizması, test başlangıcında devreye girer. Kullanıcı tarafından belirtilen parametrelerle tam kapasitede bir testten önce, kontrolör farklı sistem elemanlarının (sarsıcı, amplifikatör, sensör ve kontrolörün kendisi) Toplam Harmonik Bozulmasının (THD – Total Harmonic Distorsion) neden olduğu sinyaldeki değişiklikleri kaydetmek için sarsıcıya daha küçük bir sinyal iletir. Kontrolör daha sonra gerekli düzeltmeleri yapar, böylece yanıt sinyali göreve tam olarak karşılık gelir ve tam ölçekli teste geçilir.
Titreşim kontrol cihazının bir diğer önemli işlevi, tanımlanmış olan titreşim testinin operatör, ekipman ve test edilen nesne için güvenli olmasını sağlamaktır. Bu amaçla, iyi bir titreşim kontrolörü, sarsıcı, sistem ve sensör parametrelerinin belirlenen sınırlar içinde olduğunu doğrulamak için bir dizi ön kontrol gerçekleştirir. Ayrıca, kontrolörün test sırasında sarsıcı hasarını önlemek için etkili bir acil durdurma mekanizmasına sahip olması gerekir.
Titreşim test sürecinin maksimum otomasyonunu sağlamak işleri kolaylaştıracaktır. Böyle bir sistemde kullanıcının sezgisel yazılıma ilk test parametrelerini girmesi, kullanışlı bir veritabanından sarsıcı ve sensör parametrelerini seçmesi, gerekli test türünü veya test dizisini seçmesi ve Başlat’a basması yeterli olacaktır. Test sırasında operatörün katılımı minimumdur; test panelinde test ilerlemesini görsel olarak kontrol edebilir ve verileri seçtiği iyi tasarlanmış grafiklerde gözlemleyebilir. Test tamamlandığında, yazılım mevcut bir şablona veya kullanıcı tanımlı bir şablona dayalı olarak tam bir test raporu oluşturacaktır.
Bu nedenle, bir titreşim test setinde titreşim kontrol cihazının önemi büyüktür. Dikkatle seçilmiş bir titreşim kontrol cihazı, titreşim test deneyiminizi daha kolay ve daha üretken hale getirecektir.
Titreşim testinizin bileşenlerini nasıl seçersiniz?
Titreşim testiniz için ekipman seçerken aklınızda bulundurmanız gereken bir dizi husus vardır.
Öncelikle, titreşim testi ekipmanının seçimi, görevinizin gereksinimlerine ve teknik özelliklerine göre olmalıdır. Kullanıcı, nesnenin doğru şekilde test edilmesini sağlayacak standartları veya teknik parametreleri bilmelidir. Şunlardan emin olmalısınız:
1 – Sarsıcı (Shaker)
- test özelliklerine karşılık gelen bir frekans aralığına sahip olmalıdır;
- maksimum nesne ağırlığı sarsıcı kapasiteleri dahilinde olmalıdır;
2 – Amplifikatör
- sarsıcınızla uyumlu olmalıdır;
3 – Sensör
- testinizin en düşük ve en yüksek seviyelerinde hassas ölçümler yapmanıza olanak tanıyan duyarlılığa sahip olmalıdır;
- test sırasında mümkün olan maksimum ivmeyi ölçebilmelidir;
4 – Titreşim Kontrol Cihazı
- yukarıda açıklanan tüm özelliklerin yanı sıra, projeniz için ihtiyaç duyduğunuz tüm titreşim test türlerini gerçekleştirebilmelidir;
- yeterli sayıda giriş ve çıkış kanalına sahip olmalıdır.
Titreşim testi tipleri
Çok çeşitli titreşim testleri mevcuttur. Kullanıcı bunlar arasından ihtiyaçlarına uygun olanları seçebilir. Titreşim testlerini kabaca 3 kategoriye ayırabiliriz:
- Basit modellere dayalı testler: Sinüs, Rastgele, Şok;
- Basit modellerin bir kombinasyonuna dayalı testler: Sinüs-Rastgele, Rastgele-Rastgele, Şok Tepki Spektrumu (SRS – Shock Response Spectrum), Geçici Zaman Geçmişi (TTH – Transient Time History), vb.;
- Gerçek verilerin yeniden üretilmesine dayalı testler: Saha Verisi Çoğaltma (Field Data Replication).
Basit modellere dayalı test
Birinci kategorideki testler arasında, Sinüs testi en yaygın ve yerleşik test türüdür. Sinüs testinde, sarsıcıya iletilen sinyal sinüzoidal formdadır. Sinüs genliği ivme, hız veya yer değişimi birimleriyle belirtilebilir (test frekansına ve testin diğer özelliklerine bağlı olarak).
Sinüs testinin önemli bir alt modülü olan Rezonans Arama ve Takip (Resonance Search and Tracking), test edilen nesnedeki rezonansları bulmaya ve bunların üzerinde durarak belirli parçaların dayanıklılığını test etmeye olanak tanır.
Rastgele (Random) test, Sinüs testinden farklı olarak belirtilen aralıktaki tüm frekansları içeren başka bir basit modeldir. Rastgele testte, ivmenin anlık değerleri Gauss yasasına göre dağıtılır, ancak sinyaldeki frekanslar rastgele faz ve genliğe sahiptir.
Rastgele sinyali karakterize etmenin en yaygın yolu, genellikle frekansa karşı temsil edilen güç spektral yoğunluğunun (power spectral density) boyutudur. Seri ürünlerin testini çalıştırırken, test edilen her nesnenin test edilirken aynı yükü alması esastır. Bunu kanıtlamak için, Rastgele bir testin spektrum ortalama (averaj) prosedürlerini öngörmesi gerekir.
Üçüncü temel model Şok testidir. Bu durumda, test edilen ürün, analitik bir fonksiyonla tanımlanabilen bir ivme darbesine tabi tutulur: yarım sinüs, üçgen, trapez.
Yukarıdaki resimde, 10 g genlik ve 10 ms süreli yarım-sinüs şok darbesinin grafiğini görebilirsiniz. Grafik ayrıca, şokun başlangıcında ve sonunda sarsıcının dikey hareketleri olan ön ve son darbeleri de gösterir; bu, sarsıcı yer değiştirmesinin kullanımını en üst düzeye çıkarır.
Soyutlamaların göreceli basitliği ve uygulanabilirliği, kullanıcılar arasında popüler olmalarını sağlar. Ancak, temel soyutlamalar, test edilen nesnenin gerçek çalışma koşullarını taklit edebilme biçimleri bakımından sınırlıdır.
Basit modellerin birleşimine dayalı testler
Temel modellerin kombinasyonları, daha karmaşık operasyonel ortamları taklit etmek için titreşim testlerinde kullanımaktadır. Bunlar genellikle 2 basit modelin toplamıdır; bu nedenle, biraz daha karmaşık hesaplamalar ve test prosedürleri gerektirirler.
Örnek olarak Sinüs-Rastgele veya Rastgele-Rastgele testlerini ele alalım. Bu tür sinyaller, temel rastgele sinyalin ve üzerine bindirilmiş birkaç Sinüs tonu veya Rastgele bantların toplamı olarak sentezlenir. Bindirilmiş Sinüs tonları veya Rastgele bantlar, temel Rastgele sinyale karşı zaman içinde frekansı kaydırabilir. Bu tür modeller, örneğin, uçak veya araç hareketinin etkisini test etmek için uygulanır.
Soyutlamaların birleştirilmesi, operasyonel koşulları daha yakından taklit etmeye yaradığı gibi, daha karmaşık işlemleme, daha uzun test süresi ve test edilen nesneye daha fazla yük bindirilmesi anlamına da gelir.
Gerçek verilerin yeniden üretilmesine dayalı testler
Son yıllarda, titreşim testi uzmanları gerçek yaşam verilerine kıyasla daha az matematiksel soyutlama kullanmaya meyillidir. FDR (Field Data Replication – Alan Verisi Çoğaltma) testi, sarsıcınızda önceden kaydedilmiş bir sinyali yeniden üretmenize olanak tanır. Yani, ürünün gerçek çalışma koşullarını (hiçbir soyutlama uygulamak zorunda kalmadan) kaydedebilir ve daha sonra test edilen nesneyi bu sinyalin ta kendisine maruz bırakabilirsiniz.
FDR’nin de belirli özellikleri ve sınırlamaları olsa da, birçok açıdan bu yaklaşım daha yeterli olduğunu kanıtlıyor, örneğin araç hareket titreşimleri, rüzgar türbinleri ve gerçek verileri önceden kaydetmenin mümkün olduğu durumlar vb.
Burada anlatılanlar, en yaygın titreşim testi seçeneklerinin yalnızca kısa bir özetidir.
RULA Technologies tarafından üretilen titreşim kontrol cihazlarının avantajları
Türkiye temsilcisi olduğumuz RULA Technologies firması tarafından üretilen titreşim kontrolörleri ve titreşim kontrol yazılımı, rahat ve verimli titreşim testleri için aşağıdaki temel özellikleri barındırır:
- Tüm sarsıcı tipleriyle uyumluluk;
- Uluslararası standartlara uyumluluk;
- Ölçeklenebilir donanım mimarisi ve modüler yazılım prensibi, kullanıcı ihtiyaçlarına göre özelleştirilebilir;
- Ön başlatma kontrolleri ve acil durdurma mekanizmalarıyla titreşim testinin maksimum güvenliği;
- Geniş titreşim testi yelpazesi: Temel Sinüs ve Rastgele’den SRS, TTH, Çoklu Sinüs, FDS, Çoklu Sarsıcı;
- Test sürecinin ve rapor oluşturmanın maksimum otomasyonunu sağlayan kullanıcı dostu arayüz.
- Titreşim testi deneyiminiz boyunca birinci sınıf teknik destek.
Ürünlerimiz hakkında daha fazla bilgi için Titreşim Test Sistemleri sayfamızı ziyaret edin:
Referanslar
Rula Technologies firmasının “What is Vibration Testing and Why Do We Need It?” adlı makalesinden Türkçe’ye çevrilmiştir. Orijinal metin için tıklayınız.
