DIN EN 16603-32-11-2014 Space engineering - Modal survey assessment English version EN 16603-32-11 2014《航天工程 模态调查评估 英文版本EN 16603-32-11-2014》.pdf

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1、November 2014DEUTSCHE NORM DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)Preisgruppe 31DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 49.140!%:mR“2237447www.din.deDDIN EN 16

2、603-32-11Raumfahrttechnik Modale Prfungsbewertung;Englische Fassung EN 16603-32-11:2014Space engineering Modal survey assessment;English version EN 16603-32-11:2014Ingnierie spatiale Evaluation des modes vibratoires;Version anglaise EN 16603-32-11:2014Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH

3、, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 97 SeitenDIN EN 16603-32-11:2014-11 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (EN 16603-32-11:2014) wurde vom Technischen Komitee CEN/CLC/TC 5 Raumfahrt“ erarbeitet, dessen Sekretariat von DIN (Deutschland) gehalten wird. Das zustndige deutsche Normungsgremium ist

4、der Arbeitsausschuss NA 131-10-01 AA Interoperabilitt von Informations-, Kommunikations- und Navigationssystemen“ im DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL). Dieses Dokument (EN 16603-32-11:2014) basiert auf ECSS-E-ST-32-11C. Dieses Dokument enthlt unter Bercksichtigung des DIN-Prsidialbeschlus

5、ses 1/2004 nur die englische Originalfassung von EN 16603-35-01:2014. Dieses Dokument wurde speziell fr die Behandlung von Raumfahrtsystemen erarbeitet und hat daher Vorrang vor jeder anderen EN, die denselben Anwendungsbereich behandelt, allerdings mit erweitertem Bereich der Anwendbarkeit (z. B. L

6、uft- und Raumfahrt). DIN EN 16603-32-11:2014-11 3 Nationaler Anhang NA (informativ) Begriffe und Abkrzungen 3 Begriffe und Abkrzungen 3.1 Begriffe aus anderen Normen Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach ECSS-S-ST-00-01. 3.2 Begriffe zur vorliegenden Norm 3.2.1 Beschleunigungsfh

7、igkeit Verhltnis des Spektrums der Ausgangsbeschleunigung zum Spektrum der eingeleiteten Kraft ANMERKUNG 1 Beschleunigungsfhigkeit wird wie folgt berechnet: )()()(FXA= Dabei ist X() das Spektrum der Ausgangsbeschleunigung; F() das Spektrum der eingeleiteten Kraft. ANMERKUNG 2 Die Beschleunigungsfhig

8、keit wird auch als Trgheit“ bezeichnet und ist die Umkehrung der scheinbaren Masse (siehe 3.2.2). 3.2.2 scheinbare Masse Verhltnis des Spektrums der eingeleiteten Kraft zum Spektrum der Ausgangsbeschleunigung ANMERKUNG 1 Scheinbare Masse wird wie folgt berechnet: )()()(XFM= Dabei ist F() das Spektru

9、m der eingeleiteten Kraft; X() das Spektrum der Ausgangsbeschleunigung. ANMERKUNG 2 Die scheinbare Masse wird auch als dynamische Masse“ bezeichnet und ist die Umkehrung der Beschleunigungsfhigkeit (siehe 3.2.1). 3.2.3 Auto-MAC-Kriterium (en: auto modal assurance criterion) Gradma der Korrelation zw

10、eier Modenformen desselben Modenformsatzes ANMERKUNG 1 Zum Beispiel Versuchsmodenformen oder Analysemodenformen. DIN EN 16603-32-11:2014-11 4 ANMERKUNG 2 Auto-MAC ist ein spezieller Fall des MAC (siehe 3.2.26); die Matrix des Auto-MAC ist symmetrisch. ANMERKUNG 3 Das Auto-MAC eignet sich besonders z

11、ur Einschtzung, ob eine gegebene Auswahl von DOFs angemessen fr MAC-Evaluationen mit zwei verschiedenen Stzen von Modenformen (z. B. Versuch und Analyse) ist. 3.2.4 Kohrenzfunktion Gradma der linearen, rauschfreien Beziehung zwischen den gemessenen Eingangs- und Ausgangssignalen des Systems auf jede

12、r Frequenz ANMERKUNG 1 Die Kohrenzfunktion wird definiert als )()()()(ffxxxf2SSS= Dabei ist die Frequenz; Sff() das Leistungsspektrum des Eingangssignals; Sxx() das Leistungsspektrum des Ausgangssignals; Sxf() das Kreuzspektrum von Eingangs- und Ausgangssignal. ANMERKUNG 2 2() = 1 bezeichnet eine li

13、neare, rauschfreie Beziehung zwischen Eingang und Ausgang. ANMERKUNG 3 2() = 0 bezeichnet eine nicht kausale Beziehung zwischen Eingang und Ausgang. 3.2.5 komplexe Modenform Modalvektor eines nichtproportional gedmpften Systems ANMERKUNG 1 Bei komplexen Modenformen kann jede beliebige Phasenbeziehun

14、g zwischen verschiedenen Bestandteilen der Struktur bestehen. ANMERKUNG 2 Komplexe Modenformen knnen als sich ausbreitende Wellen ohne stationre Knotenlinien betrachtet werden. 3.2.6 Indikatorfunktion fr komplexe Modenformen Indikator fr das Bestehen reeller oder komplexer Modenformen und deren jewe

15、iliger Gre ANMERKUNG Die Indikatorfunktion fr komplexe Modenformen verfgt ber eine erweiterte Funktionalitt, um Modalparameter nherungsweise zu kalkulieren. DIN EN 16603-32-11:2014-11 5 3.2.7 CoMAC-Kriterium (en: coordinate modal assurance criterion) Gradma der Korrelation des gegebenen DOF von zwei

16、 verschiedenen Stzen von Modenformen ber eine Anzahl von vergleichbar gepaarten Modenformen ANMERKUNG 1 Das Coordinate Modal Assurance Criterion fr DOF j wird definiert als: = =mlrmlr2Ajr2Xjr2mlrAjrXjr)()()(jCoMAC Dabei ist Ajr der Modenformkoeffizient fr DOF j fr Mode r von Satz A; Xjr der Modenfor

17、mkoeffizient fr DOF j fr Mode r von Satz X; r der Index der korrelierten Modenpaare. Modenformen X und A sind beispielsweise Versuchs- bzw. Analysemodenformen. ANMERKUNG 2 CoMAC = 1 kennzeichnet eine perfekte Korrelation. ANMERKUNG 3 Ergebnisse knnen nur als aussagekrftig gewertet werden, wenn das C

18、oMAC auf zusammen-passende Moden, d. h. korrelierte Modenpaare, angewendet wird. 3.2.8 Dmpfung Dissipation von Schwingungs- oder Vibrationsenergie durch Bewegung oder Zeit 3.2.9 gedmpfte Eigenfrequenz Frequenz von Eigenschwingungen einer gedmpften linearen mechanischen Struktur 3.2.10 Eingangsresidu

19、um berechnete Gre, mit der die am besten geeigneten Erregerpositionen festgelegt werden ANMERKUNG Die Gre des Eingangsresiduums fr eine Stelle wird definiert als: drr2jrjr2 mvr = Dabei ist rjrdas Eingangsresiduum von DOF j fr Mode r; vjrder Modenformkoeffizient von DOF j fr Mode r; mrdie modale Mass

20、e fr Mode r; drdie gedmpfte Eigenfrequenz fr Mode r. DIN EN 16603-32-11:2014-11 6 3.2.11 dynamische Nachgiebigkeit Verhltnis des Spektrums der Ausgangsverschiebung zum Spektrum der Eingangskraft ANMERKUNG 1 Dynamische Nachgiebigkeit wird wie folgt berechnet: )()()(FXH = Dabei ist X() das Spektrum de

21、r Ausgangsverschiebung; F() das Spektrum der Eingangskraft. ANMERKUNG 2 Die dynamische Nachgiebigkeit wird auch als dynamische Flexibilitt bezeichnet, und ist die Umkehrung der dynamischen Steifigkeit (siehe 3.2.12). 3.2.12 dynamische Steifigkeit Verhltnis des Spektrums der Eingangskraft zum Spektru

22、m der Ausgangsverschiebung ANMERKUNG 1 Dynamische Steifigkeit wird wie folgt berechnet: )()()(XFK = Dabei ist F() das Spektrum der Eingangskraft; X() das Spektrum der Ausgangsverschiebung. ANMERKUNG 2 Die dynamische Steifigkeit ist die Umkehrung der dynamischen Nachgiebigkeit (siehe 3.2.11). 3.2.13

23、effektive modale Masse Ma fr den Massenanteil, der mit der Modenform verbunden ist, in Bezug auf einen untersttzten Bezugspunkt. ANMERKUNG 1 Die sechs effektiven Massen fr eine Normalmode, r, sind die Diagonalwerte der modalen Massenmatrix. rrTrrmLLM = Dabei ist Lrder modale Beteiligungsfaktor: rTRB

24、r ML = ; mrdie generalisierte Masse: rTrr mm = ; rist die elastische Mode r; PB ist die Starrkrper-Mode. ANMERKUNG 2 Die Summe der effektiven Massen stellt einen Hinweis bezglich der Vollstndigkeit der gemessenen Moden bereit, da die angesammelten effektiven Massen smtlicher Moden der gesamten Struk

25、turmasse und Trgheit fr jeden der sechs translatorischen bzw. rotatorischen DOFs entsprechen. DIN EN 16603-32-11:2014-11 7 3.2.14 Eigenfrequenz (en: eigenfrequency) siehe 3.2.36 Eigenfrequenz (en: natural frequency) 3.2.15 Finite Elemente Modell (en: finite element model) FEM mathematische Darstellu

26、ng einer physikalischen Struktur oder eines Systems, in der die verteilten physikalischen Eigenschaften in einem diskreten Modell dargestellt werden und die aus einer finiten Anzahl von idealisierten Elementen besteht, die in einer finiten Anzahl von Knotenpunkten miteinander vernetzt sind ANMERKUNG

27、 Das FEM enthlt im Vergleich zur infiniten Anzahl von Freiheitsgraden der/des physikalischen Struktur/Systems, lediglich eine finite Anzahl an Freiheitsgraden. 3.2.16 erzwungene Schwingung Schwingungsbewegung eines Systems, die durch mechanische Anregung erzeugt wird 3.2.17 Eigenschwingung Schwingun

28、gsbewegung eines Systems ohne Beeinflussung 3.2.18 FRAC-Kriterium (en: frequency response assurance criterion) Ma fr die hnlichkeit zwischen einer berechneten und einer durch Versuche ermittelten bertragungsfunktion ANMERKUNG 1 Das FRAC-Kriterium ist ein Hilfsmittel zur Korrelation von Freiheitsgrad

29、en. Es ist das FRF-quivalent zum CoMAC (siehe 3.2.7). ANMERKUNG 2 Das FRAC-Kriterium wird definiert als: ( ) ( )()()()()()(),(jkATjkAjkXTjkX2jkATjkXHHHHHHkjFRAC = Dabei ist )(jkAH die analytische bertragungsfunktion eines Ansprechens bei DOF j aufgrund einer Anregung bei DOF k; )(jkXH die dementspre

30、chende, durch Versuche erhaltene bertragungsfunktion. ANMERKUNG 3 FRAC = 1 kennzeichnet eine perfekte Korrelation der zwei bertragungsfunktionen. ANMERKUNG 4 FRAC = 0 zeigt an, dass die zwei bertragungsfunktionen nicht korrelieren. 3.2.19 bertragungsfunktion (en: frequency response function) FRF Des

31、kriptor eines linearen Systems im Frequenzbereich, der das Spektrum der Ausgangsbewegung (Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung) zum Spektrum der Eingangskraft in Beziehung setzt ANMERKUNG 1 Die bertragungsfunktion wird im Allgemeinen definiert als: )()()(FXH = ANMERKUNG 2 H() ist eine k

32、omplexe Funktion, die Informationen zu Gre und Phase beinhaltet. DIN EN 16603-32-11:2014-11 8 ANMERKUNG 3 Gebruchliche Definitionen von Standard- und Umkehr-FRFs: Beschleunigungsfhigkeit oder Trgheit (siehe 3.2.1); scheinbare oder dynamische Masse; dynamische Nachgiebigkeit oder Flexibilitt (siehe 3

33、.2.11); dynamische Steifigkeit (siehe 3.2.12); Impedanz (siehe 3.2.22); Beweglichkeit (siehe 3.2.24). 3.2.20 Grundresonanz erste aussagekrftige Resonanz, die whrend des modalen Prfungstests beobachtet werden kann ANMERKUNG 1 Bei ungezwungenen mechanischen Strukturen ist die Grundresonanz die niedrig

34、ste Eigenfrequenz der Bewegungen des gesamten Prflings. ANMERKUNG 2 Bei eingespannten mechanischen Strukturen ist die Grundresonanz die Mode mit der grten effektiven Masse. 3.2.21 Sto einzelne Kollision zwischen Massen, bei der mindestens eine der Massen in Bewegung ist 3.2.22 Impedanz Verhltnis des

35、 Spektrums der Eingangskraft zum Spektrum der Ausgangsgeschwindigkeit ANMERKUNG 1 Impedanz wird wie folgt berechnet: )()()(XFZ= Dabei ist F() das Spektrum der Eingangskraft; )(Xdas Spektrum der Ausgangsgeschwindigkeit. ANMERKUNG 2 Die Impedanz ist die Umkehrung der Beweglichkeit (siehe 3.2.24). 3.2.

36、23 lineares System System, dessen Ansprechverhalten in jedem Systemteil direkt proportional zur Anregung ist 3.2.24 Beweglichkeit Verhltnis des Spektrums der Ausgangsgeschwindigkeit zum Spektrum der Eingangskraft ANMERKUNG 1 Beweglichkeit wird wie folgt berechnet: )()()(FXY= Dabei ist )(Xdas Spektru

37、m der Ausgangsgeschwindigkeit; F() das Spektrum der Eingangskraft. ANMERKUNG 2 Die Beweglichkeit ist die Umkehrung der Impedanz (siehe 3.2.22). DIN EN 16603-32-11:2014-11 9 3.2.25 Modalanalyse Verfahren zur Ermittlung der modalen Parameter einer Struktur innerhalb des relevanten Frequenzbereichs ANM

38、ERKUNG Zum relevanten Frequenzbereich, siehe 4.1.2. 3.2.26 MAC-Kriterium (en: modal assurance criterion) Gradma der Korrelation zwischen zwei Modenformen ANMERKUNG 1 Das MAC wird definiert als: sTsrTr2sTrrs=MAC Dabei sind rund sdie zwei Modenformen. ANMERKUNG 2 MAC = 1 kennzeichnet eine perfekte Kor

39、relation der beiden Modenformen. ANMERKUNG 3 MAC = 0 zeigt an, dass die beiden Modenformen nicht korrelieren. 3.2.27 modale Aussagewahrscheinlichkeit (en: modal confidence factor) MCF Indikator fr rechnerische Rausch-Moden in Kalkulationsmethoden fr Parameter im Zeitbereich ANMERKUNG 1 Die modale Au

40、ssagewahrscheinlichkeit fr Moderwird angegeben als: rTrrTrrr= eMCF Dabei ist r eine errechnete Mode; rein komplexer Eigenwert oder Systempol fr Mode r; r eine massennormierte Modenform; das Zeitintervall. ANMERKUNG 2 MCFr 1 kennzeichnet eine physikalische Mode, in einem solchen Fall: rrr= e. ANMERKU

41、NG 3 MCFr 0 bezeichnet entweder ausbleibende Resonanzen im Frequenzbereich oder unzulssig angeregte Moden. ANMERKUNG 5 Die MMIF bringt eine Reihe von Erregerkraftmustern hervor, durch die die realen Eigenmoden am besten angeregt werden knnen. Daher stellt sie eine einfache aber effektive Methode dar

42、, die Eignung der ausgewhlten Erregerstellen zu berprfen. 3.2.36 Eigenfrequenz (en: natural frequency) charakteristische Frequenz von Schwingungen eines linearen mechanischen Systems, wenn alle ueren Anregungen entfernt oder vollstndig gedmpft sind ANMERKUNG 1 Diese Definition bezieht sich sowohl au

43、f gedmpfte, als auch auf ungedmpfte Eigenfrequenzen. ANMERKUNG 2 Die Eigenfrequenz (en: natural frequency) wird oft auch als Resonanzfrequenz oder Eigenfrequenz (en: eigenfrequency) bezeichnet (siehe 3.2.14). 3.2.37 Rauschen Gesamtheit aller Quellen fr Interferenzen in einem Messsystem, unabhngig vo

44、n der Prsenz eines Signals ANMERKUNG Beispiele: Mechanisches Hintergrundrauschen, Anregung durch die Umgebung, elektrisches Rauschen im Umformer, Datenrauschen, weies Rauschen und Nichtlinearitten. DIN EN 16603-32-11:2014-11 13 3.2.38 Normalmodenform Modenformen, bei denen sich alle Teile der Strukt

45、ur entweder phasengleich oder um 180 phasen-verschoben miteinander bewegen ANMERKUNG 1 Normalmodenformen knnen als stehende Wellen mit feststehenden Knotenlinien betrachtet werden. ANMERKUNG 2 Bei proportional gedmpften Systemen lassen sich die Normalmodenformen durch erneutes Skalieren aus den komp

46、lexen Modenformen ableiten. 3.2.39 Orthogonalittsprfung Messung der mathematischen Orthogonalitt und linearen Unabhngigkeit eines Satzes von Modenformen (analytisch oder gemessen) unter Verwendung der Massenmatrix des mathematischen Modells (FEM oder TAM) als Gewichtungsfaktor ANMERKUNG 1 Folgende D

47、efinitionen sind fr die Orthogonalittsprfung gebruchlich: Auto-Orthogonalittsprfung (AOC) (en: auto orthogonality check) Messung der mathematischen Orthogonalitt der Modenformen rund s, die aus demselben Satz j von analytischen oder gemessenen Modenformen entnommen werden. js,Tjs,jr,Tjr,js,Tjr,rsMMM

48、AOC = dabei ist 0 AOCrs 1. Orthogonalitts-Kreuzprfung (COC) (en: cross orthogonality check) Messung der mathematischen Orthogonalitt der Modenformen rund s, die aus zwei verschiedenen Stzen von Modenformen (analytisch bzw. gemessen), j und k, entnommen werden. ks,Tks,jr,Tjr,ks,Tjr,rsMMMCOC = Dabei ist 0 COCrs 1. ANMERKUNG 2 Der Orthogonalittsgrad wird im Allgemeinen durch die Gre der abs