구조물의 진동 특성을 정확하게 분석하는 것은 자동차, 항공우주, 전자제품, 기계 산업 등 거의 모든 공학 분야에서 매우 중요합니다. 이러한 구조물의 고유 진동 특성(고유진동수, 모드형상, 감쇠 등)을 분석하기 위해 사용하는 대표적인 장비가 바로 Modal Shaker (Modal Exciter) 입니다.
본 글에서는 다음 내용을 중심으로 설명합니다.
1. Modal shaker란 무엇인가
2. MOSP Modal shaker와 일반 vibration shaker의 차이점
3. TIRA MOSP Modal shaker의 장점
1. Modal shaker란 무엇인가?
(1) Modal shaker의 정의
Modal shaker는 구조물의 Modal Test (모달 시험) 를 수행하기 위해 구조물에 정밀한 가진(force excitation)을 가하는 장비입니다.
Modal Test의 목적은 다음과 같습니다.
• 고유진동수 (Natural Frequency)
• 모드 형상 (Mode Shape)
• 감쇠비 (Damping ratio)
• 전달함수 (FRF, Frequency Response Function)
등을 측정하여 구조물의 동적 특성을 분석하는 것입니다.
(2) Modal shaker의 기본 원리 Modal shaker는 다음과 같은 구성으로 이루어집니다.
• Modal exciter (Shaker)
• Power amplifier
• Stinger (힘 전달용 얇은 로드)
• Force sensor
• Controller / FFT analyzer Shaker는 입력 신호에 따라 구조물에 진동력을 가하고, 구조물의 응답을 측정하여 동특성을 분석합니다.
예를 들어 TIRA MOSP Modal shaker의 경우:
• 최대 힘:
o 100 N ~ 400 N (모델별 상이)
• 주파수 범위:
o DC ~ 5000 Hz
• 최대 변위:
o 25.4 mm peak-to-peak
이러한 성능은 정밀한 modal analysis에 매우 적합합니다.
(3) Modal shaker의 주요 사용 분야
대표적인 사용 분야:
• 자동차 차체 modal test
• 항공기 구조 modal test
• 전자제품 구조 해석
• 기계 구조물 modal analysis
• FEM 해석 검증 (Correlation test)
2. MOSP Modal shaker와 일반 vibration shaker의 차이점
일반 vibration shaker와 modal shaker는 목적과 설계 철학이 다릅니다.
(1) 목적의 차이
| 구분 | Modal shaker | 일반 shaker |
| 목적 | Modal Test | 내구시험, 환경시험 |
| 목표 | 구조특성 분석 | 제품 내구성 검증 |
| 힘 특성 | 매우 정밀 | 고출력 중심 |
| 힘 왜곡 | 매우 낮음 | 상대적으로 큼 |
Modal shaker는 정확한 힘 전달이 핵심이며, 일반 shaker는 큰 힘과 내구성 시험이 목적입니다.
(2) Moving mass 차이
Modal shaker는 매우 낮은 moving mass를 사용합니다.
예:
• TIRA MOSP moving mass: 0.23 kg ~ 0.4 kg
Moving mass가 낮을수록:
• 구조물에 영향 최소화
• 정확한 modal measurement 가능
반면 일반 shaker는 moving mass가 크기 때문에 modal test에 부적합합니다.
(3) Cross-axial stiffness 차이
TIRA MOSP modal shaker 특징:
• High cross-axial stiffness
이는 아래와 같은 특징을 의미합니다:
• 축 방향 외 힘 최소화
• 순수한 excitation force 전달
일반 shaker는 modal test용으로 설계되지 않았기 때문에 이러한 특성이 부족합니다.
(4) Through-hole armature 구조
TIRA MOSP modal shaker 특징:
• Armature 중심 through-hole 제공
장점:
• Stinger 연결 최적화
• Force alignment 정확성 향상
• 측정 정확도 향상
(5) Force quality 및 distortion
TIRA MOSP amplifier 특징:
• Distortion: < 0.05% ~ < 0.1%
• Signal-to-noise ratio: > 110 dB ~ > 90 dB
이는 매우 정밀한 modal testing을 가능하게 합니다.
일반 shaker는 이러한 ultra-low distortion 특성이 상대적으로 부족합니다.
3. TIRA MOSP Modal shaker 성능
| 모델명 | 용량 (Sine) | 주파수 범위 | 아마츄어 무게 |
| TV 51110-MOSP | 100 N | DC - 5,000 Hz | 0.23 kg |
| TV 51120-MOSP | 200 N | DC - 5,000 Hz | 0.23 kg |
| TV 51140-MOSP | 400 N | DC - 5,000 Hz | 0.4 kg |
TIRA 진동 가진기의 자세한 정보는 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의 또는 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.
참고자료 (reference) :
1. TIRA사 홈페이지 (www.tira-gmbh.de)
2. 싸이러스 홈페이지 (www.cylos.co.kr)
3. 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)
4. 싸이러스 티스토리 블로그 (https://cylos.tistory.com/)
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