Shock induced vibration can be more crucial in the mid frequency range where the dynamic couplings with structural parts and components play important roles. To estimate the behavior of structures in this frequency range where conventional analytical schemes, such as statistical energy analysis (SEA) and finite element analysis (FEA) methods may become inaccurate, many alternative methodologies have been tried up to date. This study presents an effective and practical method to accurately predict transient responses in the mid frequency range without resort to the large computational efforts. Specifically, the present study employs the more realistic frequency response functions (FRFs) from the energy flow method (EFM) which is a hybrid method combining the pseudo SEA equation (or SEA-Like equation) and modal information obtained by the finite element analysis (FEA). In this approach, to obtain the time responses synthesized with modal characteristics, a time domain correction is practiced with the input force signal and the reference FRF on a position of the response subsystem. A numerical simulation is performed for a simple five plate model to show its suitability and effectiveness over the standard analytical schemes.
In addition for more practical application, refined shock response estimation scheme by empirical data is practiced for the case of the launch vehicle separation test of a satellite. In this study, to increase accuracy for the mid frequency range, the primary parameters of virtual mode synthesis and simulation (VMSS), such as frequency response functions, modal densities and damping loss factors are practically measured on a non-flight satellite model which is usually available at the early stage of satellite programs. Particularly, this procedure is applied to the six pyro-lock separation system where three circumferentially spaced pyro-locks at the bottom of a satellite are simultaneously fired at one firing event. As final results, shock response spectrums (SRSs) on two structural parts of interest are estimated and compared with the measurement data obtained by the launch vehicle separation test which was performed in the course of the satellite test campaign by means of a satellite structural model and the real satellite separation system.
구조물의 중주파수 대역에서의 충격 응답 특성은 국부적인 모드 특성과 연계되어 고주파수 대역 보다 더욱 심각한 기계적인 손상을 야기시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고 현재 충격응답해석에 적용되고 있는 유한요소해석과 통계적에너지해석(SEA) 기법은 각각 저주파수 및 고주파수 대역의 해석에서만 활용이 가능할 뿐, 중주파수 대역에 대해서는 각 기법들이 가지고 있는 고유한 제약으로 인하여 신뢰성 있고 실질적인 결과를 제공하지 못한다. 본 연구에서는 이러한 제한을 극복하기 위하여 구조물의 진동-음향 연성 해석에 활용되어 온 유사 통계적에너지해석(SEA-Like Method) 기법과 충격 입력과 응답 부재 사이의 전달함수로부터 충격 응답의 시간 이력을 계산해 내는 가상모드합성법(VMSS)을 병합하여 중주파수 대역에서의 충격응답 분석에 적용 가능한 해석 기법을 제안하였다. 제안된 방법은 5개의 평판으로 구성된 단순 모델에 적용되었으며, 기존 해석 방법 및 수치적 모사시험을 통하여 획득된 결과와 비교하여 그 정확성을 검증하였다.
또한 상기 연구에서 확인된 바와 같이 충격 입력과 응답 부재 간 전달함수의 정확성을 개선함으로써 중주파수 대역 응답해석의 신뢰성을 향상시킬 수 있음에 착안하여, 실제 구조물의 전달함수와 응답 부재의 물성을 직접 측정하여 대상 부재에 대한 충격응답을 얻어내는 실험적 가상모드합성법을 제안하였으며, 이를 가용한 위성체 구조모델을 대상으로 파이로 장치에 의한 발사체 분리 충격응답 해석에 적용하였고, 기존의 경험식 기반 충격응답 분석기법, 일반 가상모드합성법 및 실제 발사체 분리 시험 결과와 종합적으로 비교하였다. 이 결과 제안된 기법은 중저파수 대역에서도 보다 정확한 해석 결과를 제공하며, 특히 해당 주파수 대역에서 뚜렷한 국부 모드의 영향이 있는 경우에도 기존의 기법에 비하여 개선된 결과를 나타냄을 확인하였다
