espectro de respuesta al choque

Un espectro de respuesta a choques (SRS) ^{[ 1 ]} es una representación gráfica de un choque , o cualquier otra entrada de aceleración transitoria, en términos de cómo un sistema de un solo grado de libertad (SDOF) (como una masa unida a un resorte) respondería a dicha entrada. El eje horizontal muestra la frecuencia natural de un SDOF hipotético, y el eje vertical muestra la aceleración máxima que este SDOF experimentaría como consecuencia de la entrada de choque. ^{[ 2 ]}

La forma más directa e intuitiva de generar un SRS a partir de una forma de onda de choque es el siguiente procedimiento: ^{[ 2 ]}

1. Seleccione un coeficiente de amortiguación (o, equivalentemente, un factor de calidad Q) en el que se basará su sistema SRS;
2. Elija una frecuencia f y suponga que existe un sistema hipotético de un solo grado de libertad (SDOF) con una frecuencia natural amortiguada de f  ;
3. Calcule (mediante simulación directa en el dominio del tiempo) la aceleración absoluta instantánea máxima experimentada por el elemento de masa de su SDOF en cualquier momento durante (o después de) la exposición al choque en cuestión. Esta aceleración es una ;
4. Dibuja un punto en (f,a) ;
5. Repita los pasos 2 a 4 para muchos otros valores de f y conecte todos los puntos para formar una curva suave.

La gráfica resultante de la aceleración máxima frente a la frecuencia del sistema de prueba se denomina espectro de respuesta al choque. A menudo se representa gráficamente con la frecuencia en Hz y la aceleración en unidades de g.

Consideremos un chasis de ordenador con tres tarjetas cuyas frecuencias naturales fundamentales son _{f₁ ,} f₂ y f₃ . Pruebas de laboratorio han confirmado previamente que este sistema resiste una determinada onda de choque, por ejemplo, la producida al dejar caer el chasis desde 60 cm ₍ 2 pies) de altura sobre un suelo duro. Ahora, el cliente quiere saber si el sistema resistirá una onda de choque diferente , por ejemplo, _la producida al dejar caer el chasis desde 120 cm (4 pies) de altura sobre una moqueta. Si la respuesta espectral de la nueva onda de choque es inferior a la de la onda anterior en cada una de las tres frecuencias f₁, _f₂ y f₃ _, es probable que el chasis resista la nueva onda de choque. (Sin embargo, esto no está garantizado).

Cualquier forma de onda transitoria puede representarse como un SRS, pero la relación no es única; muchas formas de onda transitorias diferentes pueden producir el mismo SRS (algo que se puede aprovechar mediante un proceso llamado "Síntesis de Choque"). Debido a que solo registra la aceleración instantánea máxima, el SRS no contiene toda la información de la forma de onda transitoria a partir de la cual se creó. ^{[ 3 ]}

Diferentes coeficientes de amortiguación producen diferentes SRS para la misma forma de onda de choque. Una amortiguación nula produce una respuesta máxima. Una amortiguación muy alta produce un SRS muy monótono: una línea horizontal. El nivel de amortiguación se demuestra mediante el "factor de calidad", Q, que también puede considerarse como la transmisibilidad en el caso de vibración sinusoidal. Una amortiguación relativa del 5% resulta en un Q de 10. Un gráfico SRS está incompleto si no especifica el valor de Q asumido. ^{[ 3 ]}

Un SRS es de poca utilidad para escenarios de daño por fatiga, ya que la transformación elimina información sobre cuántas veces se alcanza una aceleración máxima (y la tensión inferida). ^{[ 3 ]}

El modelo de sistema SDOF también se puede utilizar para caracterizar la gravedad de las vibraciones, con dos criterios:

• el exceso de los límites de tensión instantánea característicos ( tensión de fluencia , tensión última, etc.). Luego definimos el espectro de respuesta extrema (ERS), similar al espectro de respuesta al choque;
• el daño por fatiga tras la aplicación de un gran número de ciclos, teniendo en cuenta así la duración de la vibración ( espectro de daño por fatiga (FDS)).

Al igual que muchas otras herramientas útiles, el SRS no es aplicable a sistemas significativamente no lineales.

• Registrador de datos de impacto
• Detector de choque

• Harris, C., Piersol, A., Manual de choque y vibración de Harris, Quinta edición , McGraw-Hill, (2002), ISBN 0-07-137081-1.
• Lalanne, C., Análisis de vibraciones y choques mecánicos. Volumen 2: Choque mecánico , Segunda edición, Wiley, 2009.
• MIL-STD-810 G, Métodos de ensayo ambiental y directrices de ingeniería, 2000, sección 516.6

FreeSRS, https://freesrs.sourceforge.net/ , es un conjunto de herramientas de dominio público para calcular SRS.