ISO 10846-3:2002
(Main)Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements — Part 3: Indirect method for determination of the dynamic stiffness of resilient supports for translatory motion
Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements — Part 3: Indirect method for determination of the dynamic stiffness of resilient supports for translatory motion
This part of ISO 10846 specifies a method for determining the dynamic transfer stiffness for translations of resilient supports, under specific preload. The method concerns the laboratory measurements of vibration transmissibility and is called the indirect method. This method is applicable to test elements with parallel flanges. Measurements for translations normal and transverse to the flanges are covered in this part of ISO 10846. Annex A provides guidance for the measurement of transfer stiffnesses which include rotatory components. The method covers the frequency range from f2 up to f3. The values of f2 and f3 are determined by the test set-up and the isolator under test. The data obtained according to the method specified in this part of ISO 10846 can be used for product information provided by manufacturers and suppliers, information during product development, quality control, and calculation of the transfer of vibration through isolators.
Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des propriétés de transfert vibro-acoustique des éléments élastiques — Partie 3: Méthode indirecte pour la détermination de la raideur dynamique en translation des supports élastiques
La présente partie de l'ISO 10846 spécifie une méthode pour déterminer la raideur dynamique de transfert en translation de supports élastiques, avec précharge spécifiée. La méthode, dite méthode indirecte, concerne le mesurage en laboratoire de la transmissibilité des vibrations. Elle s'applique aux supports élastiques à brides parallèles. La présente partie de l'ISO 10846 traite du mesurage des translations normales et transversales aux brides. L'annexe A fournit des lignes directrices pour le mesurage des raideurs de transfert, incluant des composantes rotationnelles. La méthode couvre la bande de fréquences allant de f2 à f3. Les valeurs de f2 et f3 sont déterminées par le montage d'essai et par l'isolateur soumis à l'essai. Les données obtenues par la méthode de mesurage spécifiée dans la présente partie de l'ISO 10846 peuvent être utilisées : comme informations sur les produits à donner les fabricants et les fournisseurs, comme informations au cours de la mise au point du produit, pour le contrôle qualité, et pour le calcul du transfert des vibrations à travers les isolateurs.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10846-3
First edition
2002-06-01
Acoustics and vibration — Laboratory
measurement of vibro-acoustic transfer
properties of resilient elements —
Part 3:
Indirect method for determination of the
dynamic stiffness of resilient supports for
translatory motion
Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des propriétés de
transfert vibro-acoustique des éléments élastiques —
Partie 3: Méthode indirecte pour la détermination de la raideur dynamique
en translation des supports élastiques
Reference number
©
ISO 2002
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Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Terms and definitions .3
4 Principles.5
5 Requirements for apparatus.6
5.1 Normal translations.6
5.2 Transverse translations.10
5.3 Suppression of unwanted vibrations .11
6 Criteria for adequacy of the test arrangement .15
6.1 Frequency range.15
6.2 Determination of upper frequency limit f .16
6.3 Flanking transmission.19
6.4 Unwanted input vibrations.20
6.5 Accelerometers.21
6.6 Force transducers.21
6.7 Summation of signals .21
6.8 Analysers.21
7 Test procedures.21
7.1 Installation of the test elements.21
7.2 Mounting and connection of accelerometers.22
7.3 Mounting and connections of the vibration exciter .22
7.4 Source signal.22
7.5 Measurements.22
7.6 Test for linearity.23
8 Evaluation of test results.24
8.1 Evaluation of dynamic transfer stiffness. .24
8.2 One-third-octave-band values of the frequency averaged dynamic transfer stiffness.24
8.3 Presentation of one-third-octave-band results .25
8.4 Presentation of narrow-band data .25
9 Information to be recorded.26
10 Test report.26
Annex A (informative) Transfer stiffness related to rotatory vibration components.28
Annex B (informative) Effect of symmetry on the transfer stiffness matrix .36
Annex C (informative) Static load-deflection curve.37
Bibliography.38
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 10846 may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10846-3 was prepared jointly by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise, and
ISO/TC 108, Mechanical vibration and shock.
ISO 10846 consists of the following parts, under the general title Acoustics and vibration — Laboratory
measurement of vibro-acoustic transfer properties of resilient elements:
Part 1: Principles and guidelines
Part 2: Dynamic stiffness of elastic supports for translatory motion — Direct method
Part 3: Indirect method for determination of the dynamic stiffness of resilient supports for translatory motion
Part 4: Dynamic stiffness of elements other than resilient supports for translatory motion
Part 5: Driving point method for determination of the low frequency dynamic stiffness of elastic supports for
translatory motion
Annexes A, B and C of this part of ISO 10846 are for information only.
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Introduction
Passive vibration isolators of various kinds are used to reduce the transmission of vibrations. Examples are
automobile engine mounts, resilient supports for buildings, resilient mounts and flexible shaft couplings for
shipboard machinery and small isolators in household appliances.
This part of ISO 10846 specifies an indirect method for measuring the dynamic transfer stiffness function of linear
resilient supports. This includes resilient supports with non-linear static load-deflection characteristics provided that
the elements show an approximate linearity for vibrational behaviour for a given static preload. This part of
ISO 10846 belongs to a series of International Standards on methods for the laboratory measurement of vibro-
acoustic properties of resilient elements, which also includes parts on measurement principles and on a direct and
a driving point method. ISO 10846-1 provides global guidance for the selection of the appropriate International
Standard.
The laboratory conditions described in this part of ISO 10846 include the application of static preload, where
appropriate.
The results of the indirect method are useful for isolators, which are used to reduce the transmission of
structureborne sound (primarily frequencies above 20 Hz). The method does not characterize isolators completely,
which are used to attenuate low frequency vibration or shock excursions.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 10846-3:2002(E)
Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-
acoustic transfer properties of resilient elements —
Part 3:
Indirect method for determination of the dynamic stiffness of
resilient supports for translatory motion
1 Scope
This part of ISO 10846 specifies a method for determining the dynamic transfer stiffness for translations of resilient
supports, under specific preload. The method concerns the laboratory measurements of vibration transmissibility
and is called the indirect method. This method is applicable to test elements with parallel flanges (see Figure 1).
NOTE 1 Vibration isolators which are the subject of this part of ISO 10846 are those which are used to reduce the
transmission of audiofrequency vibrations (structureborne sound, 20 Hz to 20 kHz) to a structure which may, for example,
radiate unwanted fluidborne sound (airborne, waterborne or other).
NOTE 2 In practice the size of the available test rig(s) can give restrictions for very small and for very large resilient supports.
NOTE 3 Samples of continuous supports of strips and mats are included in the method. Whether or not the sample describes
the behaviour of the complex system sufficiently, is the responsibility of the user of this part of ISO 10846.
Measurements for translations normal and transverse to the flanges are covered in this part of ISO 10846. Annex A
provides guidance for the measurement of transfer stiffnesses which include rotatory components.
The method covers the frequency range from f up to f . The values of f and f are determined by the test set-up
2 3 2 3
and the isolator under test. Typically 20 Hz u f u 50 Hz and 2 kHz u f u 5 kHz.
2 3
The data obtained according to the method specified in this part of ISO 10846 can be used for
product information provided by manufacturers and suppliers,
information during product development,
quality control, and
calculation of the transfer of vibration through isolators.
NOTE 1 When a resilient support has no parallel flanges, an auxiliary fixture should be included as part of the test element to
arrange for parallel flanges.
NOTE 2 Arrows indicate load direction.
Figure 1 — Examples of resilient supports with parallel flanges
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 10846. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 10846 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 266, Acoustics Preferred frequencies
ISO 2041:1990, Vibration and shock — Vocabulary
1)
ISO 5347-3 , Methods for the calibration of vibration and shock pick-ups Part 3: Secondary vibration calibration
ISO 5348, Mechanical vibration and shock Mechanical mounting of accelerometers
ISO 7626-1, Vibration and shock Experimental determination of mechanical mobility Part 1: Basic definitions
and transducers
ISO 7626-2, Vibration and shock Experimental determination of mechanical mobility Part 2: Measurements
using single-point translation excitation with an attached vibration exciter
1) To be revised as ISO 16063-21.
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3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 10846, the terms and definitions given in ISO 2041 and the following apply.
3.1
vibration isolator
resilient element
isolator designed to attenuate the transmission of vibration in a frequency range
[ISO 2041:1990, definition 2.110]
3.2
resilient support
vibration isolator suitable for supporting part of the mass of a machine, a building or another type of structure
3.3
test element
resilient support under test including flanges and auxiliary fixtures, if any
3.4
blocking force
F
b
dynamic force on the output side of a vibration isolator which results in zero displacement output
3.5
dynamic transfer stiffness
k
2,1
ratio of complex force on the blocked output side of a resilient element to complex displacement on the input side
during sinusoidal vibration
NOTE 1 The indices “1” and “2” denote the input and output side respectively.
NOTE 2 The value of k can be dependent upon static preload, temperature and other conditions. At low frequencies k is
2,1 2,1
solely determined by elastic and dissipative forces and k = k (k denotes the ratio of force and displacement on the input
2,1 1,1 1,1
side).
NOTE 3 At higher frequencies inertial forces in the resilient element play a role as well and k ≠ k .
2,1 1,1
3.6
loss factor of resilient element
η
ratio of the imaginary part of k and the real part of k (i.e. tangent of the phase angle of k ) in the low
2,1 2,1 2,1
frequency range, where inertial forces in the element are negligible
3.7
frequency-averaged dynamic transfer stiffness
k
av
function of frequency of the average value of the dynamic stiffness over a frequency band ∆f (see 8.2)
3.8
point contact
contact area which vibrates as the surface of a rigid body
3.9
normal translation
translational vibration normal to the flange of a resilient element
3.10
transverse translation
translational vibration in a direction perpendicular to that of the normal translation
3.11
linearity
property of the dynamic behaviour of a resilient element, if it satisfies the principle of superposition
NOTE 1 The principle of superposition can be stated as follows. If an input x (t) produces an output y (t) and in a separate
1 1
test an input x (t) produces an output y (t), superposition holds if the input [a⋅ x (t) + b⋅ x (t)] produces the output
2 2 1 2
[a⋅ y (t) + b⋅ y (t)]. This must hold for all values of a, b and x (t) and x (t); a and b are arbitrary constants.
1 2 1 2
NOTE 2 In practice the above test for linearity is impractical and a limited check of linearity is done by measuring the
dynamic transfer stiffness for a range of input levels. In effect this procedure checks for a proportional relationship between the
response and the excitation (see 7.6).
3.12
direct method
method in which either the input displacement, velocity or acceleration and the blocking output force are measured
3.13
indirect method
method in which the vibration transmissibility (for displacement, velocity or acceleration) of a resilient element is
measured, with the output loaded by a compact body of known mass
NOTE The term “indirect method” may include loads of any known impedance other than a mass-like impedance.
However, this part of ISO 10846 does not cover such methods.
3.14
transmissibility
T
ratio u /u of the complex displacements u on the output side and u on the input side of the test element during
2 1 2 1
sinusoidal vibration
NOTE For velocities v and accelerations a, transmissibilities are defined in a similar way and have the same value.
3.15
force level
L
F
level calculated by the following formula
F
L= 10 lg dB
F
F
where F denotes the mean square value of the force in a specific frequency band and F = 1 mN is the reference
force
3.16
acceleration level
L
a
level calculated by the following formula
a
= 10 lg dB
L
a
a
2 −6 2
where a denotes the mean square value of the acceleration in a specific frequency band and a = 10 m/s is the
reference acceleration
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3.17
level of dynamic transfer stiffness
L
k
2,1
level calculated by the following formula
k
2,1
= 10 lg dB
L
k
2,1
k
where |k | is the square magnitude of the dynamic transfer stiffness (see 3.5) at a specified frequency and
2,1
−1
k = 1 N⋅m is the reference stiffness
3.18
level of frequency band averaged dynamic transfer stiffness
L
k
av
level calculated by the following formula
k
av
= 10 lg dB
L
k
av 2
k
−1
where k is defined in 3.7 and where k denotes the reference stiffness (= 1 N⋅m )
av 0
3.19
flanking transmission
forces and accelerations at the output side caused by the vibration exciter at the input side but via transmission
paths other than through the test element
4 Principle
The measurement principle of the indirect method is discussed in ISO 10846-1.
The basic principle is that the blocking output force is derived from acceleration measurements on a compact body
of mass m , which provides sufficiently small vibrations on the output side of the test element. This blocking mass
shall be dynamically decoupled from the other parts of the test arrangement to prevent flanking transmission.
For sinusoidal vibration and using complex notation, the relation between the dynamic transfer stiffness (see 3.5) of
the element under test and the measured vibration transmissibility (see 3.14) is given by
kF=≈/2u−πf m+mT for
()( )
2,1 2 f
2,b 1
where
m denotes the mass of the output flange of the test element;
f
indices “1” and “2” denote the input and output side respectively.
A valid indirect determination of a blocking force according to the right-hand term of equation (1) requires that this
blocking force solely determines the corresponding vibration measured on the blocking mass. Therefore, in
principle, the vibration to be measured is that of the mass centre of the compact body composed of the blocking
mass and of the output flange of the test element, and in the direction of the wanted force.
5 Requirements for apparatus
5.1 Normal translations
5.1.1 Overview
In Figures 2 to 4, schematic examples are shown of test arrangements for resilient supports. These are exposed to
translatory vibration in the normal load direction. The test element shall be mounted in a way which is
representative of its use in practice.
NOTE The collection of examples is by no means exhaustive and is not intended to form a limitation for test arrangement
principles.
To be suitable for the measurements according to this part of ISO 10846, a test rig shall include the items
described in 5.1.2 to 5.1.6.
5.1.2 Blocking mass
A mass is connected to the output side the test element. One function of this mass is to block the output. The
blocking force is determined from measuring the acceleration of the mass. A second function is to provide a
uniform vibration of the output flange of the test element.
5.1.3 Static preloading system
Measurements shall be performed with the test element under a representative and specified preload. Examples of
methods for applying the static preload are as follows.
a) Use of a hydraulic actuator, which also serves as the vibration exciter. This is mounted in a load frame
together with the test element and the blocking mass on the output side of the test element. The blocking mass
is supported by auxiliary vibration isolators to decouple the mass from the load frame. The total low frequency
dynamic stiffnesss of these auxiliary isolators is of the same order of magnitude as that of the element under
test.
b) Use of a frame which provides static preload only; see Figures 2 and 3. If such a frame is used, auxiliary
vibration isolators shall also be applied on the input side of the test element to decouple it from the frame.
c) Use of a gravity load by adding a blocking mass on top of the test element (with or without a support frame;
see Figure 4).
5.1.4 Acceleration measurement systems
Accelerometers shall be mounted on the input and output side of the test element and on the foundation which
supports the blocking mass. When mid-point positions are not accessible, indirect measurement of the mid-point
accelerations shall be performed by making an appropriate signal summation, for example, by taking the linear
average for two symmetrically positioned accelerometers.
Provided that their frequency range is appropriate, displacement or velocity transducers may be used instead of
accelerometers [see Figures 2b) and 4].
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Key
1 Exciter 5 Test element
2 Traverse 6 Blocking mass
3 Connection rod 7 Rigid foundation
4 Dynamic decoupling springs, static preload
a) Overview
Key
1 Static preload 4 Acceleration measurement (a )
2 Traverse 5 Excitation mass
3 Dynamic excitation 6 Test element
b) Input side (details)
Figure 2 — Example 1 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for normal translations (continued)
Key
1 Test element 4 Acceleration measurement (a )
2 Blocking mass (m )
5 Rigid foundation
3 Acceleration measurement (a )
c) Output side (details)
Figure 2 — Example 1 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for normal translations
Key
1 Excitation mass 6 Acceleration measurement (a )
2 Test element 7 Acceleration measurement (a )
3 Blocking mass
8 Dynamic excitation
4 Rigid foundation 9 Acceleration measurement (a )
5 Dynamic decoupling springs
Figure 3 — Example 2 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for normal translations
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Key
1 Acceleration measurement (a )
2 Blocking mass
3 Test element
4 Excitation mass
5 Acceleration measurement (a )
6 Vibration exciter
NOTE The gravity load due to the blocking mass is used as a static preload for the element under test.
Figure 4 — Example 3 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for normal translations
5.1.5 Dynamic excitation system
The dynamic excitation system shall be appropriate for the frequency of interest.
Any suitable type of exciter is permitted. Examples are
a) a hydraulic actuator which also can provide a static preload,
b) one or more electrodynamic exciters (shakers) with connection rods, and
c) one or more piezo-electric exciters.
Vibration isolators may be used for dynamic decoupling of exciters to reduce flanking transmission via the frame for
applying static preload. However, in the test rigs which use a hydraulic actuator, for both static and dynamic
loading, such a decoupling is usually inconvenient, because of its adverse effects on low frequency measurements.
5.1.6 Excitation mass on the input side
The excitation mass on the input side of the test element has one or both of the following functions:
a) it provides a uniform vibration of the input flange under dynamic forces;
b) it enhances the unidirectional vibration of the input flange.
If the test element contains a solid mass-type input flange, which may provide the above-mentioned functions, the
special excitation mass may be omitted.
NOTE Theoretically speaking, the measurements of the dynamic transfer stiffness for normal translation according to this
part of ISO 10846 would require excitation with a unidirectional translation on the input side. However, for the majority of
resilient supports this requirement is not of practical concern. In annex B of ISO 10846-1:1997, it is shown that the most
common symmetry properties of resilient supports cause the blocking output forces in the direction of normal load due to input
vibrations other than the normal translations to be negligible. For this to be true, it is required that the test element has two
orthogonal planes of symmetry, the line of intersection of which forms the symmetry axis of the resilient support in the normal
load direction. See annex A, equation (A.5) and annex B. For resilient supports with exceptional shapes, which do not have
these symmetry properties, measurements according to this part of ISO 10846 require excitation with a predominant
unidirectional translation (see further 5.3 and 6.4). Using a compact body of sufficiently large mass as a force distribution plate
may facilitate such an excitation.
5.2 Transverse translations
5.2.1 Overview
Schematic representations of examples of test arrangements for resilient supports exposed to translatory vibrations
perpendicular to the normal load direction are shown in Figures 5 to 7 (see note in 5.1.1). The test element shall be
mounted in a way which is representative of its use in practice. To be suitable for the measurements according to
this part of ISO 10846, a test rig shall include the items described in 5.2.2 to 5.2.6.
If measurements are performed with an arrangement as shown in Figure 7, the first eigenfrequency of rotational
vibrations due to the blocking mass on the test element should be below the lowest frequency of the range of
interest.
5.2.2 Blocking mass
See 5.1.2.
5.2.3 Static preloading system
Measurements shall be performed with the test element under a representative and specified preload. Examples of
methods for applying the static preload are similar to those described in 5.1.3 and are shown in Figures 5 to 7.
5.2.4 Acceleration measurement systems
Accelerometers shall be mounted on the input and output side of the test element and on the foundation which
supports the blocking mass.
On the input side, the accelerometers may be placed on horizontal axes of symmetry of the flange or excitation
mass. On the blocking mass, the accelerometers may be placed on the horizontal axis through the mass centre of
the compact body composed of the blocking mass and the output flange of the test element (see Figure 8). When
such places are not accessible, indirect measurement of mid-point vibrations may be performed by making an
appropriate signal summation, for example, by taking the linear average for two symmetrically positioned
accelerometers.
Provided that their frequency range is appropriate, displacement or velocity transducers may be used instead of
accelerometers.
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5.2.5 Dynamic excitation systems
The dynamic excitation system shall be appropriate for the frequency range of interest.
Examples of vibration exciters are given in 5.1.5.
5.2.6 Excitation mass on the input side
The excitation mass on the input side of the test element has one or both of the following functions:
a) it provides a uniform vibration of the input flange under dynamic forces;
b) it enhances the unidirectional vibration on the input flange (see note in this subclause).
If the test element contains a mass-type input flange, which may provide the above-mentioned functions, the
special excitation mass may be omitted.
NOTE Predominantly unidirectional translation on the input side of the test element is an essential requirement for the
measurement of dynamic stiffnesses according to this part of ISO 10846 (see 6.4). For input translations in transverse
directions, predominance of the required translation will be influenced by
a) the symmetry of the vibration excitation and boundary conditions of the excitation mass; see Figure 6;
b) the inertial properties of the excitation mass. In certain cases it will be necessary to apply external constraints such as roller
bearings or some other guiding system to prevent vibrations in unwanted directions.
5.3 Suppression of unwanted vibrations
5.3.1 Overview
The test procedures according to this part of ISO 10846 cover measurements of transfer stiffnesses for
unidirectional excitations one by one in the normal and transverse directions. However, due to asymmetries in
excitation, in boundary conditions and in test elements properties, others than the intended input vibration
component may show unwanted strong responses at certain frequencies. Qualitative measures to suppress
unwanted input vibrations are discussed next. A special category of test arrangements is that in which two
nominally equal test element are tested in a symmetrical configuration. This can be advantageous by suppressing
unwanted input vibrations. Quantitative requirements are formulated in 6.4.
5.3.2 Normal direction
For excitation in the normal direction, unidirectional excitation is of practical concern only for those exceptional
shapes of resilient supports that couple the normal and other vibration directions; see note in 5.1.6. For such cases
the unwanted input vibrations may be strongly suppressed by taking the following measures:
symmetrical positioning of the exciter or pair of exciters;
using an axially symmetrical excitation mass;
using an excitation mass which has at the interface with the resilient support, large driving point impedances
for transverse and rotational directions, compared to the corresponding driving point impedances of the test
element.
Another method of suppressing unwanted input vibrations is the use of a symmetrical arrangement with two
nominally identical test elements, or of a ‘guiding’ system on the sides of the excitation mass, for example, roller
bearings. These systems are not shown in a figure, but they are rather similar to the examples for transverse
excitation, which are shown in Figures 5 to 7.
5.3.3 Transverse direction
For excitation in the transverse direction, coupling between transverse and rotational input vibrations will always
occur.
Some examples of measures which may enhance unidirectional vibrations on the input side are discussed.
Figure 6 shows a symmetrical arrangement with two nominally identical test elements. Figures 5 and 7 show, as
examples, how a guiding system can be used to suppress input rotations. Another method uses a symmetrical
excitation block, which is excited along a line through its centre of gravity. In the frequency range where the
impedances of the block for transverse and rotational directions exceed those of the test elements and of
decoupling springs, the block vibrations will be strongly unidirectional.
Key
1 Exciter
2 Traverse
3 Connection rod
4 Low friction bearing
5 Test element
6 Blocking mass
7 Dynamic decoupling springs, static preload
8 Rigid foundation
a) Complete system
Figure 5 — Example 1 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for transverse translations (continued)
12 © ISO 2002 – All rights reserved
Key
1 Static preload
2 Traverse
3 Low friction bearing
4 Acceleration measurement (a )
5 Dynamic excitation
6 Excitation mass
7 Test element
b) Input side (details)
Key
1 Test element
2 Blocking mass (m )
3 Acceleration measurement (a )
4 Rigid foundation
5 Acceleration measurement (a )
c) Output side (details)
Figure 5 — Example 1 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for transverse translations
Key
7 Acceleration measurement (a )
1 Excitation mass 4 Rigid foundation
2 Test element 5 Acceleration measurement (a ) 8 Acceleration measurement (a )
2 3
3 Blocking mass 6 Dynamic excitation
Figure 6 — Example 2 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for transverse translations
Key
1 Blocking mass 3 Test element 5 Acceleration measurement (a )
2 Acceleration measurement (a ) 4 Excitation mass 6 Vibration exciter
Figure 7 — Example 3 of laboratory test rig for measuring the dynamic
transfer stiffness for transverse translations
14 © ISO 2002 – All rights reserved
NOTE The distance between the mass centres of the blocking mass and the flange equals c. The distance between the
mass centre of the blocking mass and that of the compound body equals b:
c
b =
1+mm
2f
Figure 8 — Example of locating the mass centre of the compact body composed of blocking mass
and output flange of the test element
6 Criteria for adequacy of the test arrangement
6.1 Frequency range
Each test facility has a limited frequency range in which valid tests can be performed. One limitation is given by the
usable bandwidth of the vibration actuator.
Other limitations follow from the accuracy which is required for the approximation in using the transmissibility
measurement, as in equation (1). In this part of ISO 10846, this approximation shall be accurate within 1 dB, i.e.
within 12 % of the magnitude of the calculated stiffness. This requirement can only be met in a limited frequency
range f < f < f .
2 3
One requirement for obtaining this accuracy is a large impedance mismatch between the test element and the
blocking mass in the direction of the blocking force which is determined. The measurements according to this part
of ISO 10846 are valid only for those frequencies where inequality (2) is valid
∆L = L − L W 20 dB (2)
1,2 a a
1 2
where a denotes the acceleration of the input side and a the acceleration of the blocking mass.
1 2
Below a certain frequency f , inequality (2) will be violated because of resonances in the system consisting of the
test element, the load distribution plate, the blocking mass and auxiliary springs. Generally speaking, increasing m
of the blocking mass can lower f .
NOTE For design purposes, the lower natural frequencies of the test arrangements can be estimated with the aid of
software for multi-body vibrations. The lower limit f of the frequency range will be about three times the highest natural
frequency of the vibration modes (including those with rotations), which can affect the measurement directions. Nevertheless, at
certain frequencies above f inequality (2) can be violated. Apart from test rig imperfections, stiffening of the test element due to
internal resonance can cause this.
The other requirement for an accurate result using equation (1) is the validity of the assumption that the blocking
mass vibrates as a rigid body with mass m . The size and the shape of the blocking mass can control the upper
limit f of the frequency range of valid measurements. This is discussed in 6.2.
6.2 Determination of upper frequency limit f
6.2.1 Effective mass
The upper frequency limit f is a consequence of the fact that above a certain frequency the blocking mass used for
the measurement of the blocking forces no longer vibrates as a rigid body. In this case a modified version of
equation (1) is valid as follows:
kF=≈/u−(2πf )m+mT for T<< 1
()
2,1 2,b 2,eff f
where m denotes the effective mass of the blocking mass. The effective mass is defined as the frequency-
2,eff
dependent ratio between the excitation force which is exerted by the resilient element upon the blocking mass and
the acceleration a of the blocking mass. In principle, this quantity depends on the excitation direction, on the area
over which the mass is excited, and on the position of the accelerometers.
To be suitable for measurements according to this part of ISO 10846, results shall be presented for f u f on basis
of the procedures given in 6.2.2 and 6.2.3.
6.2.2 Use of preselected mass
Figure 9 presents nomograms for solid steel blocks with the shape of a cube or a cylinder.
If one of these block shapes is used, transfer stiffness data can be calculated using equation (1) and for
frequencies f u f , where f for a given dimension is taken from Figure 9a).
3 3
NOTE Figure 9b) gives the relationship between the mass m and f for the cylindrical and the cubical blocks. A minimum
2 3
value of m is needed to obtain an appropriate value for f . Therefore, if a block with mass m is to be chosen to obtain a certain
2 2 2
value for f , then Figure 9b) can be used to determine the corresponding value of f and then Figure 9a) can be used to
2 3
determine the diameter d or rib length r.
16 © ISO 2002 – All rights reserved
a) f according to this part of ISO 10846 for given block dimensions
b) f according to this part of ISO 10846 for given block mass m
3 2
Key
1 For a solid steel cylinder
2 For a solid steel cube
r is the edge length of the cube
d is the diameter of the cylinder
h is the height of the cylinder
d = h
Figure 9 — Nomograms for solid steel cylinders and cubes
6.2.3 Experimental determination of effective mass
If the size, shape or mass of blocking masses covered by Figure 9 do not suffice for the purpose of measurements,
alternative geometries are allowed. However, in this case f must be determined experimentally. To uncouple
translations and rotations, the blocking mass should have such a symmetry that, in a system of Cartesian co-
ordinates with the mass centre as its origin and with the axes in normal and transverse directions of vibration, these
coordinate axes coincide with the principal inertial axes.
To fulfil this requirement, blocks made of homogeneous materials and with shapes such as solid cylinders, annular
cylinders, rectangular blocks or combinations of those may be used.
To determine f , the effective mass m shall be determined as a function of frequency according to a procedure
3 2,eff
described below. The frequency f is the lowest frequency at which the effective mass m deviates more than
3 eff
12 % (i.e. 1 dB in level) from the mass m .
Therefore, dynamic transfer stiffnesses of the element under test shall be calculated using equation (1) and are
only presented for frequencies f u f , where the following inequality is valid:
∆=Lm10lg( /m ) dBu 1dB (3)
2,eff 2
The procedure for the measurement of the effective mass is specified with the aid of Figure 10. Figures 10a) and
10b) show examples of a test element which is connected to a blocking mass over the contact area S. During the
testing of the resilient element, a or a is measured depending on the direction of excitation on the input
2,vert 2,hor
side of the element.
Figures 10c) and 10d) illustrate the determination of the effective mass for excitation in the vertical direction. The
blocking mass without the element under test is supported by soft resilient elements. The natural frequency of this
mass-spring system shall be below 10 Hz.
On the side where a is measured during the test of a resilient element, now an excitation force F is applied in
2,vert 2
the frequency range needed for testing the resilient element and along the axis through the mass centre. Within the
contact area S two accelerometers shall be placed symmetrically to the vertical axis through the mass centre and
with a spacing D = √S. The effective mass is defined as
2F
= (4)
m
2,eff
('aa+ " )
Figures 10e) and 10f) illustrate the determination of the effective mass for excitation in the horizontal direction. A
similar procedure is applied as described for the vertical direction, but now for excitation along a horizontal axis
through the mass centre and with two accelerometers within S in the horizontal direction. Again the spacing
between these accelerometers shall be equal to D = √S and again the effective mass is defined according to
equation (4).
If at low frequencies (i.e. f < 40 Hz) m deviates more than 1 dB in level from m , this deviation shall be ignored
2,eff 2
for the determination of f . The reason is that such a deviation will be caused by the mass-spring system behaviour
and not by non-rigidity of the block.
The vibration exciter in the horizontal direction needs careful positioning to avoid excitation of block rotations.
Otherwise, the measurement according to equation (4) will cause a bias error, which makes it impossible to meet
inequality (3) even at lower frequencies.
The force and acceleration measurements shall be performed in accordance with the procedures of
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10846-3
Première édition
2002-06-01
Acoustique et vibrations — Mesurage en
laboratoire des propriétés de transfert
vibro-acoustique des éléments
élastiques —
Partie 3:
Méthode indirecte pour la détermination de
la raideur dynamique en translation des
supports élastiques
Acoustics and vibration — Laboratory measurement of vibro-acoustic
transfer properties of resilient elements —
Part 3: Indirect method for determination of the dynamic stiffness of
resilient supports for translatory motion
Numéro de référence
©
ISO 2002
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives.2
3 Termes et définitions.3
4 Principe.5
5 Appareillage.6
5.1 Translations normales.6
5.2 Translations transversales.10
5.3 Suppression des vibrations parasites.11
6 Critères pour l'adéquation du dispositif d’essai .15
6.1 Bande de fréquences .15
6.2 Détermination de la fréquence limite supérieure f .16
6.3 Transmission latérale.20
6.4 Vibrations parasites à l’entrée .20
6.5 Accéléromètres.20
6.6 Capteurs de force .21
6.7 Sommation des signaux .21
6.8 Analyseurs.21
7 Mode opératoire.22
7.1 Installation des éprouvettes .22
7.2 Montage et connexion des accéléromètres.22
7.3 Montage et connexions de l'excitateur de vibrations.22
7.4 Signal source.22
7.5 Mesurages.23
7.6 Essai de linéarité.23
8 Evaluation des résultats d'essais .24
8.1 Calcul de la raideur dynamique de transfert .24
8.2 Valeurs moyennes par bandes d'un tiers d'octave de la raideur dynamique de transfert .25
8.3 Présentation des résultats par bandes d'un tiers d'octave.25
8.4 Présentation des données de l’analyse à bande étroite.26
9 Informations à consigner.27
10 Rapport d'essai.27
Annexe A (informative) Raideur de transfert pour les composants à vibration rotationnelle .29
Annexe B (informative) Influence de la symétrie sur la matrice de raideur de transfert .37
Annexe C (informative) Courbe charge statique-déformation.38
Bibliographie.39
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 10846 peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 10846-3 a été élaborée conjointement par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1,
Bruit, et le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques.
L'ISO 10846 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Acoustique et vibrations — Mesurage
en laboratoire des propriétés de transfert vibro-acoustique des éléments élastiques:
Partie 1: Principes et lignes directrices
Partie 2: Raideur dynamique en translation des supports élastiques — Méthode directe
Partie 3: Méthode indirecte pour la détermination de la raideur dynamique en translation des supports
élastiques
Partie 4: Raideur dynamique d’éléments autres que les supports élastiques pour mouvement de translation
Partie 5: Méthode du point de conduite pour la détermination de la raideur dynamique à basse fréquence des
supports élastiques pour un mouvement de translation
Les annexes A, B et C de la présente partie de l’ISO 10846 sont données uniquement à titre d’information.
iv © ISO 2002 – Tous droits réservés
Introduction
Divers types d'isolateurs de vibrations passifs sont utilisés pour réduire la transmission des vibrations. Les
dispositifs pour moteurs automobiles, les supports élastiques utilisés dans le bâtiment, les montages élastiques et
les accouplements d'arbres souples pour la machinerie des navires ainsi que les petits isolateurs d'appareils
ménagers en sont quelques exemples.
La présente partie de l'ISO 10846 spécifie une méthode indirecte de mesurage de la fonction de raideur
dynamique de transfert des supports élastiques linéaires. Elle s’applique aussi aux supports élastiques ayant des
caractéristiques de déformation non linéaires sous charge statique tant que les éléments ont un comportement
vibratoire à peu près linéaire pour une précharge statique donnée. La présente partie de l'ISO 10846 appartient à
une série de Normes internationales sur les méthodes de mesurage en laboratoire des propriétés vibro-
acoustiques des éléments élastiques qui comprend également des normes sur les principes de mesurage, sur la
méthode directe et sur la méthode du point d'application. L'ISO 10846-1 fournit des lignes directrices permettant de
choisir la Norme internationale appropriée.
Les conditions de laboratoire décrites dans la présente partie de l'ISO 10846 comprennent l'application d'une
précharge statique, s’il y a lieu.
Les résultats de la méthode indirecte sont utiles pour les isolateurs destinés à atténuer le bruit propagé par voie
solide (principalement les fréquences supérieures à 20 Hz). Cette méthode ne suffit pas pour établir les
caractéristiques complètes des isolateurs destinés à atténuer les vibrations de basse fréquence ou les chocs.
NORME INTERNATIONALE ISO 10846-3:2002(F)
Acoustique et vibrations — Mesurage en laboratoire des
propriétés de transfert vibro-acoustique des éléments
élastiques —
Partie 3:
Méthode indirecte pour la détermination de la raideur dynamique
en translation des supports élastiques
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10846 spécifie une méthode pour déterminer la raideur dynamique de transfert en
translation de supports élastiques, avec précharge spécifiée. La méthode, dite méthode indirecte, concerne le
mesurage en laboratoire de la transmissibilité des vibrations. Elle s'applique aux supports élastiques à brides
parallèles (voir Figure 1).
NOTE 1 Les isolateurs de vibrations qui font l'objet de la présente partie de l'ISO 10846 sont ceux destinés à réduire la
transmission de vibrations à fréquence audible (bruit solidien de 20 Hz à 20 kHz) à une structure qui peut, par exemple,
rayonner un bruit parasite propagé par voie fluide (bruit aérien, propagé par l'eau ou tout autre fluide).
NOTE 2 En pratique, la taille des bancs d'essai disponibles peut limiter les essais pour les supports élastiques très petits et
très grands.
NOTE 3 La méthode s'applique à des échantillons de supports continus à bandes et mats. Que l'échantillon décrive de façon
suffisante ou non le comportement du système complexe est de la responsabilité de l'utilisateur de la présente partie de
l'ISO 10846.
La présente partie de l'ISO 10846 traite du mesurage des translations normales et transversales aux brides.
L'annexe A fournit des lignes directrices pour le mesurage des raideurs de transfert, incluant des composantes
rotationnelles.
La méthode couvre la bande de fréquences allant de f à f . Les valeurs de f et f sont déterminées par le
2 3 2 3
montage d'essai et par l'isolateur soumis à l'essai, généralement, 20 Hz u f u 50 Hz et 2 kHz u f u 5 kHz.
2 3
Les données obtenues par la méthode de mesurage spécifiée dans la présente partie de l'ISO 10846 peuvent être
utilisées
comme informations sur les produits à donner par les fabricants et les fournisseurs,
comme informations au cours de la mise au point du produit,
pour le contrôle qualité, et
pour le calcul du transfert des vibrations à travers les isolateurs.
NOTE 1 Lorsqu'un support élastique ne possède pas de brides parallèles, un dispositif auxiliaire doit être inclus dans
l'éprouvette pour y aménager des brides parallèles.
NOTE 2 Les flèches indiquent les directions de charge.
Figure 1 — Exemples de supports élastiques à brides parallèles
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 10846. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 10846 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 266, Acoustique — Fréquences normales pour les mesurages
ISO 2041:1990, Vibrations et chocs — Vocabulaire
1)
ISO 5347-3 , Méthodes pour l'étalonnage de capteurs de vibrations et de chocs — Partie 3: Étalonnage
secondaire de vibrations
ISO 5348, Vibrations et chocs mécaniques — Fixation mécanique des accéléromètres
ISO 7626-1, Vibrations et chocs — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique — Partie 1: Définitions
fondamentales et transducteurs
ISO 7626-2, Vibrations et chocs — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique — Partie 2: Mesurages
avec utilisation d'une excitation de translation en un seul point, au moyen d'un générateur de vibrations solidaire de
ce point
1) Sera révisée en tant que ISO 16063-21.
2 © ISO 2002 – Tous droits réservés
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 10846, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2041 ainsi que
les suivants s'appliquent.
3.1
élément élastique
isolateur de vibrations
isolateur conçu pour atténuer la transmission des vibrations dans une certaine gamme de fréquence
[ISO 2041:1990, définition 2.110]
3.2
support élastique
isolateur de vibrations capable de supporter une partie du poids d'une machine, d'un bâtiment ou de tout autre type
de structure
3.3
éprouvette
support élastique soumis à l’essai et comprenant des brides et des installations auxiliaires, si besoin
3.4
force de blocage
F
b
force dynamique à la sortie d'un isolateur de vibrations qui donne un déplacement nul en sortie
3.5
raideur dynamique de transfert
k
2,1
rapport de la force complexe à la sortie bloquée d'un élément élastique au déplacement complexe à l'entrée,
pendant une vibration sinusoïdale
NOTE 1 Les indices «1» et «2» indiquent respectivement l’entrée et la sortie.
NOTE 2 La valeur de k peut dépendre de la précharge statique, de la température et d'autres conditions. Aux basses
2,1
fréquences, k est uniquement déterminé par les forces élastiques et dissipatives et k = k (k exprime le rapport de la
2,1 2,1 1,1 1,1
force et du déplacement à l’entrée).
NOTE 3 Aux fréquences plus élevées, les forces d'inertie dans l'élément élastique jouent aussi un rôle et k ≠ k .
2,1 1,1
3.6
facteur de perte de l'élément élastique
η
rapport de la partie imaginaire de k à la partie réelle de k , c'est-à-dire la tangente de l'angle de phase de k
2,1 2,1 2,1
dans la bande des basses fréquences, où les forces d'inertie dans l'élément sont négligeables
3.7
raideur dynamique de transfert moyennée en fréquence
k
av
valeur moyenne de la raideur dynamique en fonction de la fréquence sur une bande de fréquence ∆f (voir 8.2)
3.8
contact ponctuel
zone de contact qui vibre comme la surface d'un corps rigide
3.9
translation normale
vibration en translation normale aux brides d’un élément élastique
3.10
translation transversale
vibration en translation dans une direction perpendiculaire à celle de la translation normale
3.11
linéarité
propriété du comportement dynamique d'un élément élastique, s'il répond au principe de superposition
NOTE 1 Le principe de superposition peut être exprimé comme suit. Si une grandeur d'entrée x (t) produit une grandeur de
sortie y (t) et que, au cours d'un essai séparé, une grandeur d'entrée x (t) produit une grandeur de sortie y (t), il y a
1 2 2
superposition si la grandeur d'entrée [a⋅ x (t) + b⋅ x (t)] produit la grandeur de sortie [a⋅ y (t) + b⋅ y (t)]. Ceci doit être vrai quelles
1 2 1 2
que soient les valeurs de a, b et de x (t) et x (t), a et b étant des constantes arbitraires.
1 2
NOTE 2 Dans la pratique, le test de linéarité ci-dessus est irréalisable et le mesurage de la raideur dynamique de transfert
pour une certaine plage de niveaux d'entrée assure un contrôle limité de la linéarité. En fait, cette procédure vérifie s'il y a
proportionnalité entre la réponse et l'excitation (voir 7.6).
3.12
méthode directe
méthode dans laquelle on mesure le déplacement, la vitesse ou l'accélération à l'entrée et la force de blocage à la
sortie
3.13
méthode indirecte
méthode dans laquelle on mesure la transmissibilité des vibrations (pour le déplacement, la vitesse ou
l'accélération) d'un élément élastique, la sortie étant soumise à une charge de masse connue
NOTE Le terme «méthode indirecte» permet d’inclure des charges d’impédance connue quelconque autre qu’une
impédance de type masse. Cependant, la présente partie de l’ISO 10846 ne couvre pas de telles méthodes.
3.14
transmissibilité
T
rapport u /u des déplacements complexes u à la sortie et u à l’entrée de l’éprouvette pendant une vibration
2 1 2 1
sinusoïdale
NOTE Pour les vitesses v et les accélérations a, les transmissibilités sont définies de façon similaire et ont les même
valeurs.
3.15
niveau de force
L
F
niveau calculé selon la formule suivante
F
L = 10lg dB
F
F
où F est le carré de la force moyenne dans une bande de fréquences spécifique et F = 1 mN est la force de
référence
3.16
niveau d'accélération
L
a
niveau calculé selon la formule suivante
a
L = 10lg dB
a
a
4 © ISO 2002 – Tous droits réservés
2 −6 2
où a est le carré de l’accélération moyenne dans une bande de fréquences spécifique et a = 10 m/s est
l'accélération de référence
3.17
niveau de raideur dynamique de transfert
L
k
2,1
niveau calculé selon la formule suivante
k
2,1
= 10 lg dB
L
k
2,1
k
où k est le carré de l'amplitude de la raideur dynamique de transfert (voir 3.5) à une fréquence spécifiée et
2,1
−1
k = 1 N⋅m est la raideur de référence
3.18
niveau de raideur dynamique de transfert moyenné en fréquence
L
k
av
niveau calculé selon la formule suivante
k
av
= 10 lg dB dB
L
k
av
k
−1
où k est défini en 3.7 et où k est la raideur de référence (= 1 N⋅m )
av 0
3.19
transmission latérale
ensemble des forces et accélérations en sortie provoquées par l’excitateur de vibration à l’entrée mais transmises
par des chemins de transmission autres que l’éprouvette
4 Principe
Le principe de mesurage de la méthode indirecte est discuté dans l'ISO 10846-1.
Le principe de base est le suivant: la force de blocage en sortie est déduite des mesurages d'accélération sur un
corps de masse compact m , qui fournit une réduction suffisante des vibrations à la sortie de l'éprouvette. Cette
masse de blocage doit être découplée de façon dynamique des autres parties du dispositif d'essai pour éviter la
transmission latérale.
Pour une vibration sinusoïdale et en utilisant la notation complexe, la relation entre la raideur dynamique de
transfert (voir 3.5) de l'éprouvette et la transmissibilité mesurée des vibrations (voir 3.14) est donnée par
kF=≈/2u− πf m+mT pour
()( )
2,1 2,b 1 2 f
où
m est la masse de la bride de sortie de l’éprouvette;
f
les indices «1» et «2» désignent respectivement l’entrée et la sortie.
Pour que la détermination indirecte d’une force de blocage selon la partie droite de l’équation (1) soit valide, il faut
que la force de blocage détermine à elle seule la vibration correspondante mesurée à la masse de blocage. Ainsi,
en principe, la vibration à mesurer correspond au centre de la masse du corps compact, composé de la masse de
blocage et de la bride de sortie de l’éprouvette, et dans la direction de la force souhaitée.
5 Exigences pour l’appareillage
5.1 Translations normales
5.1.1 Vue d’ensemble
Les Figures 2 à 4 proposent une représentation schématique des dispositifs d’essai pour les supports élastiques,
exposés à des vibrations en translation dans la direction normale de la charge. L’éprouvette doit être assemblée de
manière à être représentative de son usage pratique.
NOTE La série d’exemple n’est en rien exhaustive et ne vise pas à poser une limite au principe des dispositifs d’essai.
Pour être approprié aux mesurages conformément à la présente partie de l'ISO 10846, le banc d'essai doit
comporter les éléments décrits de 5.1.2 à 5.1.6.
5.1.2 Masse de blocage
Une masse est connectée à la sortie de l’éprouvette. Une fonction de cette masse est de bloquer la sortie. La force
de blocage est déterminée en mesurant l’accélération de la masse. Une autre fonction est de transmettre une
vibration uniforme à la bride de sortie de l’éprouvette.
5.1.3 Système statique de précharge
Les mesurages doivent être effectués avec l’éprouvette soumise à une précharge représentative et spécifiée. Des
exemples de méthodes d’application d’une précharge statique sont les suivants.
a) Utilisation d’un actionneur hydraulique, servant également d'excitateur de vibrations. Cet élément est monté
avec l’éprouvette et la masse de blocage dans une structure de charge, en sortie de l'éprouvette. La masse de
blocage est maintenue par des isolateurs de vibrations auxiliaires pour découpler la masse de la structure de
la charge. La raideur dynamique totale à basse fréquence de ces isolateurs auxiliaires est du même ordre de
grandeur que celle de l'éprouvette.
b) Utilisation d’une structure qui ne fournit que la précharge statique, voir Figures 2 et 3. Dans ce cas, des
isolateurs de vibrations auxiliaires doivent également être montés à l'entrée de l'éprouvette pour la découpler
de la structure.
c) Utilisation d’une charge de gravité utilisant une masse de charge montée sur l'éprouvette (avec ou sans
structure de soutien, voir Figure 4).
5.1.4 Systèmes de mesurage de l'accélération
Les accéléromètres doivent être montés à l’entrée et à la sortie de l’éprouvette, ainsi qu’à la base du support de la
masse de blocage. Lorsque le milieu n'est pas accessible, un mesurage indirect des accélérations doit être
effectué sur l'axe de symétrie en additionnant les signaux appropriés, par exemple en faisant la moyenne linéaire
des relevés de deux accéléromètres positionnés de façon symétrique.
Sous réserve que leur bande de fréquences soit appropriée, les capteurs de déplacement ou de vitesse peuvent
être employés à la place des accéléromètres [voir Figures 2b) et 4].
6 © ISO 2002 – Tous droits réservés
Légende
1 Excitateur 5 Éprouvette
2 Barre transversale 6 Masse de blocage
3 Tige de connexion 7 Support rigide
4 Ressorts de découplage dynamique, précharge statique
a) Vue d’ensemble
Légende
4 Mesurage de l'accélération (a )
1 Précharge statique
2 Barre transversale 5 Masse d’excitation
3 Excitation dynamique 6 Éprouvette
b) Côté entrée (détails)
Figure 2 — Exemple 1 de banc d'essai de laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique
de transfert en translation normale (suite)
Légende
4 Mesurage de l'accélération (a )
1 Éprouvette
2 Masse de blocage (m ) 5 Support rigide
3 Mesurage de l'accélération (a )
c) Côté sortie (détails)
Figure 2 — Exemple 1 de banc d'essai de laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique
de transfert en translation normale
Légende
1 Masse d’excitation 6 Mesurage de l'accélération (a )
2 Éprouvette
7 Mesurage de l'accélération (a )
3 Masse de blocage
8 Excitation dynamique
4 Base rigide
9 Mesurage de l'accélération (a )
5 Sangles de découplement dynamiques
Figure 3 — Exemple 2 de banc d'essai de laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique
de transfert en translation normale
8 © ISO 2002 – Tous droits réservés
Légende
1 Mesurage de l'accélération (a )
2 Masse de blocage
3 Éprouvette
4 Masse d’excitation
5 Mesurage de l'accélération (a )
6 Excitateur de vibrations
NOTE La charge de gravité due à la masse de blocage sert de précharge statique à l'éprouvette.
Figure 4 — Exemple 3 de banc d'essai de laboratoire pour le mesurage de la raideur dynamique
de transfert pour des translations normales
5.1.5 Système d'excitation dynamique
Le système d’excitation dynamique doit être approprié à la fréquence d’intérêt.
Tout type d’excitateur est autorisé, par exemple:
a) un actionneur hydraulique pouvant également fournir une précharge statique,
b) un ou plusieurs excitateurs de vibrations électrodynamiques (vibreurs) avec tige de connexion, et
c) un ou plusieurs excitateurs piézo-électriques.
Des isolateurs de vibration peuvent être utilisés pour le découplage dynamique des excitateurs dans le but de
réduire la transmission latérale par la structure pour appliquer une précharge statique. Cependant, dans les bancs
équipés d'un actionneur hydraulique, pour les charges statiques et dynamiques, un tel découplage est
généralement évité en raison de son effet défavorable sur les mesurages en basse fréquence.
5.1.6 Masse d’excitation à l’entrée
La masse d’excitation à l’entrée de l’éprouvette remplit l’une des deux fonctions suivantes, ou les deux:
a) elle engendre une vibration uniforme sur la bride d’entrée sous l’effet de forces dynamiques;
b) elle induit une vibration unidirectionnelle dans la bride d’entrée.
Si l’éprouvette contient une bride d’entrée solide de type masse, qui peut assurer les fonctions citées ci-dessus, la
masse d’excitation spéciale peut être omise.
NOTE Théoriquement, les mesurages de la raideur dynamique de transfert pour des translations normales selon la
présente partie de l’ISO 10846 nécessitent une excitation à l’entrée avec translation unidirectionnelle. Cependant, pour la
majorité des supports élastiques, cette exigence n’est pas applicable sur le plan pratique. Dans l’annexe B de
l’ISO 10846-1:1997, il est montré que les propriétés de symétrie les plus courantes des supports élastiques rendent
négligeables les force de blocage à la sortie dans la direction normale de charge dues à des vibrations à l’entrée autres que les
translations normales. Pour que ceci soit vrai, il est nécessaire que l’éprouvette possède deux plans orthogonaux de symétrie,
dont l’intersection forme l’axe de symétrie du support élastique dans la direction normale de charge. Voir annexe A,
équation (A.5) et annexe B. Pour les supports élastiques de forme inhabituelle, qui ne présentent pas ces propriétés de
symétrie, les mesurages selon la présente partie de l’ISO 10846 exigent une excitation avec une translation unidirectionnelle
dominante (voir ci-après en 5.3 et 6.4). L’utilisation d’un corps compact d’une masse suffisamment importante comme plaque
de répartition des forces peut faciliter une telle excitation.
5.2 Translations transversales
5.2.1 Vue d’ensemble
Des représentations schématiques d’exemples de dispositifs d’essai pour supports élastiques exposés à des
vibrations de translation perpendiculaires à la direction normale de la charge sont montrées aux Figures 5 à 7 (voir
la note en 5.1.1). L’éprouvette doit être assemblée de manière à être représentative de son usage pratique. Pour
être adapté aux mesurages conformément à la présente partie de l’ISO 10846, le banc d'essai doit comporter les
éléments décrits de 5.2.2 à 5.2.6.
Si les mesurages sont effectués selon un dispositif du type décrit à la Figure 7, il convient de choisir une valeur de
la première fréquence propre de vibrations rotationnelles due à la masse de blocage sur l’éprouvette inférieure à la
plus basse fréquence de la bande d’intérêt.
5.2.2 Masse de blocage
Voir 5.1.2.
5.2.3 Système de précharge statique
Les mesurages doivent être effectués avec l’éprouvette soumise à une précharge représentative et spécifiée. Les
exemples de méthodes d’application de la précharge statique sont identiques à ceux décrits en 5.1.3 et sont
présentés dans les Figures 5 à 7.
5.2.4 Systèmes de mesurage de l'accélération
Des accéléromètres doivent être montés à l’entrée et à la sortie de l’éprouvette et sur la base supportant la masse
de blocage.
Les accéléromètres à l’entrée peuvent être placés sur un axe horizontal de symétrie de la bride ou de la masse
d’excitation. Sur la masse de blocage, les accéléromètres peuvent être placés sur l’axe horizontal passant par le
centre du corps compact, composé de la masse de blocage et de la bride de sortie de l’éprouvette (voir Figure 8).
Lorsque ces endroits ne sont pas accessibles, un mesurage indirect des vibrations au milieu peut être effectué en
additionnant les signaux appropriés, par exemple en faisant la moyenne linéaire des valeurs de deux
accéléromètres positionnés de façon symétrique.
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Sous réserve que leur bande de fréquences soit appropriée, les capteurs de déplacement ou de vitesse peuvent
être employés à la place des accéléromètres.
5.2.5 Système d’excitation dynamique
Le système d’excitation dynamique doit être approprié à la bande de fréquence d’intérêt.
Des exemples d’excitateurs de vibrations sont donnés en 5.1.5.
5.2.6 Masse d’excitation à l’entrée
La masse d’excitation à l’entrée de l’éprouvette assure une des fonctions suivantes, ou les deux:
a) elle engendre une vibration uniforme sur la bride d’entrée sous l’effet de forces dynamiques;
b) elle induit une vibration unidirectionnelle dans la bride d’entrée (voir la note de ce paragraphe).
Si l’éprouvette contient une bride d’entrée solide de type masse, qui peut assurer les fonctions citées ci-dessus, la
masse d’excitation spéciale peut être omise.
NOTE La prédominance d’une translation unidirectionnelle à l’entrée de l’éprouvette est une exigence essentielle pour le
mesurage des raideurs dynamiques selon la présente partie de l’ISO 10846 (voir 6.4). En ce qui concerne les translations
transversales à l’entrée, la prédominance de la translation exigée est influencée par
a) la symétrie de l’excitation de la vibration et les conditions aux limites de la masse d’excitation; voir Figure 6;
b) les propriétés d’inertie de la masse d’excitation. Dans certains cas il est nécessaire d’appliquer des contraintes externes
telles que des roulements à rouleaux ou tout autre système de guidage pour éviter les vibrations dans des directions non
désirées.
5.3 Suppression des vibrations parasites
5.3.1 Vue d’ensemble
Le mode opératoire décrit dans la présente partie de l’ISO 10846 comprend les mesurages de la raideur de
transfert pour les excitations unidirectionnelles dans les directions normale puis transversale l’une après l’autre.
Toutefois, en raison d’asymétries dans l’excitation, les conditions aux limites et les propriétés de l’éprouvette, des
composantes autres que les vibrations voulues à l’entrée peuvent induire de fortes réponses parasites à certains
fréquences. Des mesures qualitatives visant à supprimer les vibrations parasites à l’entrée sont discutées ci-après.
Une catégorie particulière de dispositifs d’essai permet de soumettre à l’essai deux éprouvettes identiques dans
une configuration symétrique. Il peut être utile de supprimer les vibrations parasites. Les exigences quantitatives
sont formulées en 6.4.
5.3.2 Direction normale
Lorsque l’excitation intervient dans la direction normale, l’excitation unidirectionnelle ne pose un problème pratique
que pour les formes inhabituelles de supports élastiques couplant la direction de vibrations normales avec d’autres;
voir la note en 5.1.6. Dans de tels cas, les vibrations parasites à l’entrée peuvent être fortement atténuées en
prenant les mesures suivantes:
positionnement symétrique de l’excitateur ou de la paire d’excitateurs;
emploi d’une masse d’excitation axisymétrique;
emploi d’une masse d’excitation ayant au niveau de l’interface avec le support élastique de grandes
impédances au point d’application dans les directions transversale et rotationnelle, en comparaison avec les
impédances au point d’application correspondantes de l’éprouvette.
Un autre moyen de supprimer les vibrations parasites à l’entrée consiste à utiliser un dispositif d’essai symétrique
avec deux éprouvettes identiques, ou à utiliser un système de «guidage» sur les côtés de la masse d’excitation,
comme des roulements à rouleaux, par exemple. Ces systèmes ne sont présentés dans aucune figure, mais il sont
relativement similaires aux exemples d'excitation transversale, présentés dans les Figures 5 à 7.
5.3.3 Direction transversale
Lorsque l’excitation intervient dans la direction transversale, un couplage entre vibrations à l’entrée transversales et
rotationnelles a toujours lieu.
Quelques exemples de mesures pouvant mettre en lumière des vibrations unidirectionnelles à l’entrée sont
discutées. La Figure 6 présente une disposition symétrique avec deux éprouvettes identiques. Les Figures 5 et 7
montrent à titre d’exemple comment un système de guidage peut être utilisé pour supprimer les rotations à l’entrée.
Une autre méthode utilise un bloc d’excitation symétrique, excité le long d’une ligne passant par son centre de
gravité. Dans la bande de fréquence où les impédances du bloc pour les directions transversale et rotationnelle
dépassent celles de l’éprouvette et des ressorts de découplage, les vibrations du bloc seront fortement
unidirectionnelles.
Légende
1 Excitateur
2 Barre transversale
3 Tige de connexion
4 Palier à faible glissement
5 Éprouvette
6 Masse de blocage
7 Ressorts de découplage dynamique, précharge statique
8 Support rigide
a) Système complet
Figure 5 — Exemple 1 de banc d'essai de laboratoire pour mesurer la raideur dynamique
de transfert en translation transversale (suite)
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Légende
1 Précharge statique
2 Barre transversale
3 Palier à faible glissement
4 Mesurage de l'accélération (a )
5 Excitation dynamique
6 Masse d’excitation
7 Éprouvette
b) Entrée (détails)
Légende
1 Éprouvette
2 Masse de blocage (m )
3 Mesurage de l'accélération (a )
4 Support rigide
5 Mesurage de l'accélération (a )
c) Sortie (détails)
Figure 5 — Exemple 1 de banc d'essai de laboratoire pour mesurer la raideur dynamique
de transfert en translation transversale
Légende
7 Mesurage de l'accélération (a )
1 Masse d’excitation 4 Support rigide
2 Éprouvette 5 Mesurage de l'accélération (a ) 8 Mesurage de l'accélération (a )
2 3
3 Masse de blocage 6 Excitation dynamique
Figure 6 — Exemple 2 de banc d'essai de laboratoire pour mesurer la raideur dynamique
de transfert en translation transversale
Légende
1 Masse de blocage 3 Éprouvette 5 Mesurage de l'accélération (a )
2 Mesurage de l'accélération (a ) 4 Masse d’excitation
6 Excitateur de vibration
Figure 7 — Exemple 3 de banc d'essai de laboratoire pour mesurer la raideur dynamique
de transfert en translation transversale
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NOTE La distance entre les centres des masses de blocage et la bride est représenté par c. La distance entre le centre de
la masse de la masse de blocage et celui du corps composé est représenté par b:
c
b =
1+mm
2f
Figure 8 — Exemple de positionnement du centre de la masse du corps compact composé de la masse de
blocage et de la bride de sortie de l’éprouvette
6 Critères pour l'adéquation du dispositif d’essai
6.1 Bande de fréquences
Chaque installation d'essai possède une bande de fréquences limitée dans laquelle des essais valides peuvent
être effectués. Une des limites est donnée par la largeur de bande utilisable de l'actionneur de vibrations.
D'autres limites sont liées à la précision requise pour l'approximation qui résulte de l'utilisation d'un mesurage de
transmissibilité, voir équation (1). Dans la présente partie de l'ISO 10846, cette approximation est exacte à 1 dB
près, c'est-à-dire à 12 % de la valeur calculée de la raideur. Cette exigence ne peut être satisfaite que dans une
bande de fréquences limitée f < f < f .
2 3
Pour être obtenue, cette précision exige une grande différence d’impédance entre l’éprouvette et la masse de
blocage dans la direction de la force de blocage, qui est déterminée. Les mesurages réalisés d’après la présente
partie de l’ISO 10846 ne sont valides que pour les fréquences pour lesquelles l’inégalité (2) s’applique
∆L = L − L W 20 dB (2)
1,2 a a
1 2
où a est l’accélération à l’entrée et a est l’accélération de la masse de blocage.
1 2
En dessous d’une certaine fréquence f , l’inégalité (2) n’est pas vérifiée en raison des résonances dans le système
constitué de l’éprouvette, de la plaque de répartition des forces, de la masse de blocage et des ressorts auxiliaires.
De façon générale, l’augmentation de la masse de blocage m peut diminuer f .
2 2
NOTE À des fins de conception, les fréquences propres inférieures du dispositif d’essai peuvent être estimées avec l’aide
d’un logiciel pour les vibrations multi-corps. La limite inférieure f de la gamme de fréquence est environ trois fois supérieure à
la fréquence propre la plus élevée des modes de vibration (y compris ceux avec rotations), ce qui peut affecter les directions de
mesurage. Il peut néanmoins arriver qu’à certaines fréquences supérieures à f l’inégalité (2) ne soit pas vérifiée. Mis à part des
imperfections du banc d’essai, ceci peut être causé par le raidissement de l’éprouvette causé par les résonances internes.
Pour obtenir un résultat précis en utilisant l’équation (1), il est également nécessaire que l’hypothèse qui considère
que la masse de blocage vibre en tant que corps rigide de masse m soit vérifiée. La taille et la forme de la masse
de blocage agissent sur la limite supérieure f de la bande de fréquence des mesurages valides. Ceci est discuté
en 6.2.
6.2 Détermination de la fréquence limite supérieure f
6.2.1 Masse effective
La fréquence limite supérieure f est une conséquence du fait qu’au-dessus d’une certaine fréquence, la masse de
blocage utilisée pour les mesurages des forces de blocage ne vibre plus comme un corps rigide. Dans ce cas, une
version modifiée de l’équation (1) s'applique:
kF=≈/u−(2πf )m+mT pour T<< 1
()
2,1 2,eff f
2,b 1
où m est la masse effective de la masse de blocage. La masse effective est définie comme le rapport
2,eff
dépendant de la fréquence entre la force d’excitation, exercée par l’élément élastique sur la masse de blocage, et
l’accélération a de la masse de blocage. En principe, cette grandeur dépend de la direction de l’excitation, de la
superficie d’excitation et de la position des accéléromètres.
Pour que les mesurages soient conformes à la présente partie de l'ISO 10846, les résultats doivent être présentés
pour f u f sur la base des modes opératoires donnés en 6.2.2 et 6.2.3.
6.2.2 Utilisation d'une masse présélectionnée
La Figure 9 présente des nomogrammes pour des blocs d’acier massifs de forme cubique ou d’un cylindre.
Si l'une de ces formes de bloc est utilisée, les données concernant la raideur de transfert peuvent être calculées à
l'aide de l'équation (1) et pour des fréquences où f u f , où f est, pour une dimension donnée, pris dans la
3 3
Figure 9a).
NOTE La Figure 9b) donne la relation entre la masse m et f pour les blocs cylindriques et cubiques. Une valeur minimale
2 3
de m est nécessaire pour obtenir une valeur appropriée de f . Par conséquent, si l'on choisit un bloc de masse m pour obtenir
2 2 2
une certaine valeur de f , alors la Figure 9b) peut servir à déterminer la valeur correspondante de f et la Figure 9a) peut servir
2 3
pour déterminer d ou r.
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a) f conformément à la présente partie de l'ISO 10846 pour des dimensions données du bloc
b) f conformément à la présente partie de l'ISO 10846 pour une masse m donnée du bloc
3 2
Légende
1 Pour un cylindre en acier massif
2 Pour un cube en acier massif
r est la longueur de l’arête du cube
d est le diamètre du cylindre
h est
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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