Acoustics — Characterization of sources of structure-borne sound and vibration — Indirect measurement of blocked forces

This document specifies a method where a vibrating component (a source of structure-borne sound or vibration) is attached to a passive structure (or receiver) and is the cause of vibration in, or structure-borne sound radiation from, the assembly. Examples are pumps installed in ships, servo motors in vehicles or machines and plant in buildings. Almost any vibrating component can be considered as a source in this context. Due to the need to measure vibration at all contact degrees of freedom (DOFs) (connections between the source and receiver), this document can only be applied to assemblies for which such measurement is possible. This document is applicable only to assemblies whose frequency response functions (FRFs) are linear and time invariant. The source can be installed into a real assembly or attached to a specially designed test stand (as described in 5.2). The standard method has been validated for stationary signals such that the results can be presented in the frequency domain. However, the method is not restricted to stationary signals: with appropriate data processing, it is also applicable to time-varying signals such as transients and shocks (provided linearity and time invariance of the FRFs are preserved). This document provides a method for measurement and presentation of blocked forces, together with guidelines for minimizing uncertainty. It provides a method evaluating the quality of the results through an on-board validation procedure but does not comment on the acceptability or otherwise of the results.

Acoustique — Caractérisation des sources de bruit solidien et de vibrations — Mesurage indirect des forces bloquées

Le présent document spécifie une méthode dans laquelle un composant vibrant (une source de bruit solidien ou de vibrations) est fixé à une structure (ou récepteur) passive et provoque des vibrations dans l'assemblage ou un rayonnement sonore solidien de l'assemblage. Des pompes installées dans des navires, des servomoteurs dans des véhicules ou des machines et une installation dans des bâtiments en sont des exemples. Presque tous les composants vibrants peuvent être considérés comme une source dans ce contexte. En raison de la nécessité de mesurer les vibrations à tous les degrés de liberté (DDL) de contact (connexions entre la source et le récepteur), le présent document ne peut s'appliquer qu'aux assemblages pour lesquels un tel mesurage est possible. Le présent document n'est applicable qu'aux assemblages dont les fonctions de réponse en fréquence (FRF) sont linéaires et invariables dans le temps. La source peut être installée dans un assemblage réel ou fixé sur un banc d'essai spécialement conçu (tel que décrit en 5.2). La méthode normalisée a été validée pour des signaux stationnaires de sorte que les résultats puissent être présentés dans le domaine de fréquences. Toutefois, la méthode ne se limite pas aux signaux stationnaires: moyennant un traitement approprié des données, elle est également applicable à des signaux variant dans le temps tels que des transitoires et des chocs (à condition que la linéarité et l'invariance dans le temps des FRF soient conservées). Le présent document fournit une méthode de mesure et de présentation des forces bloquées, ainsi que des lignes directrices visant à réduire le plus possible l'incertitude. Il fournit une méthode d'évaluation de la qualité des résultats au moyen d'une procédure d'auto-validation, sans toutefois commenter l'acceptabilité ou non des résultats.

General Information

Status
Published
Publication Date
05-Nov-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
06-Nov-2019
Due Date
29-May-2019
Completion Date
06-Nov-2019
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ISO 20270:2019 - Acoustics -- Characterization of sources of structure-borne sound and vibration -- Indirect measurement of blocked forces
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ISO 20270:2019 - Acoustique -- Caractérisation des sources de bruit solidien et de vibrations -- Mesurage indirect des forces bloquées
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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20270
First edition
2019-11
Acoustics — Characterization of
sources of structure-borne sound and
vibration — Indirect measurement of
blocked forces
Acoustique — Caractérisation des sources de bruit solidien et de
vibrations — Mesurage indirect des forces bloquées
Reference number
ISO 20270:2019(E)
©
ISO 2019

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ISO 20270:2019(E)

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Fax: +41 22 749 09 47
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
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ISO 20270:2019(E)

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Selection of degrees of freedom (DOFs) . 6
4.1 General . 6
4.2 Source receiver interface . 7
4.3 Contact DOFs. 7
4.4 Indicator DOFs . 8
4.4.1 General. 8
4.4.2 All indicator DOFs at contact area . 8
4.4.3 No indicator DOF at contact area . 8
4.4.4 Some indicator DOFs at contact area . 8
4.5 Validation DOFs . 8
5 Test arrangement . 8
5.1 General . 8
5.2 Representativeness of the receiver . 8
5.3 Design of test receiver . 9
5.4 Avoidance of secondary noise sources . 9
6 Measuring equipment .10
6.1 General .10
6.2 Multi-channel analyser .10
6.3 Vibration sensors .10
6.4 Means of excitation .10
7 Test procedure .10
7.1 General .10
7.2 Operational test .12
7.3 Frequency response function (FRF) test .12
7.3.1 General.12
7.3.2 Direct FRF measurement .12
7.3.3 Reciprocal FRF measurement.12
7.4 Preliminary test with artificial excitation .13
8 Analysis procedure .13
9 Uncertainties and validation .14
9.1 General .14
9.2 On-board validation .15
9.3 Preliminary validation using artificial excitation .15
10 Test report .15
Annex A (informative) Example of a test report: Electric rear axle drive in a passenger car;
transfer path analysis (TPA) and estimation of blocked forces in situ according to
ISO 20270:2019 .17
Annex B (informative) Tests for validity of measurement data .24
Annex C (informative) Case studies .26
Annex D (informative) Criteria for selection of indicator and validation DOFs .31
Annex E (informative) Prediction of sound and vibration .35
Bibliography .37
© ISO 2019 – All rights reserved iii

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ISO 20270:2019(E)

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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 20270:2019(E)

Introduction
This document has been developed in response to demand from mechanical industries for an agreed
method of specifying the "source strength" of sources of structure-borne sound and vibration. Quantities
[2]
which independently characterize a source are the free velocity and blocked force: ISO 9611 specifies
a measurement procedure for the former in which the machine, a vibration source, is mounted on soft
mounts to approximate free suspension. The blocked forces are the forces the operating machine would
exert when constrained by a perfectly rigid foundation. They can potentially be measured directly by
inserting force transducers in between the operating machine and a rigid foundation. However, this
document describes an indirect method for measurement of blocked forces using an inverse method.
Whereas the measurement of free velocity requires the source to be resiliently mounted and direct
measurement of blocked forces requires the machine mounts to be blocked, the indirect measurement,
as defined in this document, can theoretically be carried out with the source attached to any receiver
structure. Essentially the same measurement techniques are used in the diagnosis of structure-borne
sound using "transfer path analysis" (TPA), also called "source path contribution" analysis (SPC).
A method of characterizing sources of structure-borne sound and vibration by the indirect measurement
of blocked forces at the points of connection to supporting, or receiver, structures is described in this
document. The measurement method is applied in situ, which means that the source is connected to a
receiver structure while the measurements are performed. In theory, the use of any receiver structure
is valid provided the vibration source mechanisms of the specimen remain representative of those in a
real installation. Therefore, the receiver structure can be part of a real installation, such as a machine
foundation or a building, but can also be a specially designed test stand if it provides representative
dynamic loading for the source.
The method specifies a two-stage measurement procedure comprising, first, a passive test in which
frequency response functions (FRF) of the assembled source-receiver structure are measured, and
secondly, measurement of vibration in an operational test. The blocked forces are obtained by solving
the inverse problem. It is well known that inverse solutions of this type can result in very large errors,
particularly if there is inconsistency in the input data. Such errors vary significantly depending on the
case and the skill of the operator. Therefore, a means of estimating the uncertainties in the blocked
force, through a process called on-board validation, forms an essential part of this measurement
procedure.
The blocked forces are obtained in narrow frequency bands that can subsequently be converted to
approximate octave or third octave frequency bands.
[3]
The in situ blocked force method is intended to complement the reception plate method of EN 15657 .
The reception plate method offers a simplified approach in which forces and velocities are effectively
averaged over the feet of an operating machine by mounting on a standard plate. The approximations
allow measurements to be simplified but information about distribution and phase of the forces and
velocities is lost. This document aims to provide an alternative for structure borne sound sources not
compatible with the reception plate approach or where more detail is needed about the distribution of
the forces.
The blocked forces obtained from this document can be used for the following purposes:
a) obtaining data for preparing technical specifications for vibrationally active components (sources);
b) obtaining input data for prediction of vibration in, or sound radiated sound from, structures
connected to the source;
c) obtaining diagnostic information about the contribution of particular blocked forces to a target
vibration or sound pressure (in situ transfer path analysis).
Prediction of sound and vibration in a new assembly [as in b) above] does not form a normative part of
this document, although guidelines for prediction are provided in Annex E. For prediction purposes,
extra data are needed in addition to the measured blocked forces. Specifically, the frequency response
functions (FRFs) of the new assembly (which consists of the source connected to the new receiver
© ISO 2019 – All rights reserved v

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ISO 20270:2019(E)

structure) need to be known. These FRFs can in principle be measured (if the assembly is available
for measurement), calculated (for example using numerical methods) or calculated by combining the
FRFs of the separate source and the receiver structures (dynamic substructuring) whether measured
or calculated.
vi © ISO 2019 – All rights reserved

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20270:2019(E)
Acoustics — Characterization of sources of structure-
borne sound and vibration — Indirect measurement of
blocked forces
IMPORTANT — The electronic file of this document contains colours which are considered to be
useful for the correct understanding of the document. Users should therefore consider printing
this document using a colour printer.
1 Scope
This document specifies a method where a vibrating component (a source of structure-borne sound or
vibration) is attached to a passive structure (or receiver) and is the cause of vibration in, or structure-
borne sound radiation from, the assembly. Examples are pumps installed in ships, servo motors in
vehicles or machines and plant in buildings. Almost any vibrating component can be considered as a
source in this context.
Due to the need to measure vibration at all contact degrees of freedom (DOFs) (connections between
the source and receiver), this document can only be applied to assemblies for which such measurement
is possible.
This document is applicable only to assemblies whose frequency response functions (FRFs) are linear
and time invariant.
The source can be installed into a real assembly or attached to a specially designed test stand (as
described in 5.2).
The standard method has been validated for stationary signals such that the results can be presented
in the frequency domain. However, the method is not restricted to stationary signals: with appropriate
data processing, it is also applicable to time-varying signals such as transients and shocks (provided
linearity and time invariance of the FRFs are preserved).
This document provides a method for measurement and presentation of blocked forces, together
with guidelines for minimizing uncertainty. It provides a method evaluating the quality of the results
through an on-board validation procedure but does not comment on the acceptability or otherwise of
the results.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 7626-1, Mechanical vibration and shock — Experimental determination of mechanical mobility —
Part 1: Basic terms and definitions, and transducer specifications
ISO7626-2, Mechanical vibration and shock — Experimental determination of mechanical mobility —
Part 2: Measurements using single-point translation excitation with an attached vibration exciter
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
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ISO 20270:2019(E)

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
blocked force
dynamic force applied by an operational source (3.4) to a perfectly rigid receiver (3.5) structure
3.2
frequency response function
FRF
frequency-dependent ratio of the motion-response Fourier transform to the Fourier transform of the
excitation force of a linear system
Note 1 to entry: Excitation can be harmonic, random or transient functions of time. The test results obtained with
one type of excitation can thus be used for predicting the response of the system to any other type of excitation.
Note 2 to entry: Motion may be expressed in terms of velocity, acceleration or displacement; the corresponding
frequency-response function designations are mobility, accelerance and dynamic compliance or impedance,
effective (i.e. apparent) mass and dynamic stiffness, respectively.
[SOURCE: ISO 2041:2018, 3.1.53]
3.3
in situ blocked force vector
f ()f
c
complex blocked force (3.1) at the contact degrees of freedom (DOFs) (3.8), arranged into an n × 1 vector
at each frequency according to:
 ff 
()
c,1
 
 
ff()
 
c,2
f ()f =
 
c

 
 
ff()
 
cn,
 
where ff() is the complex Fourier spectrum component of the blocked force at frequency f and at
ci,
contact degree of freedom (DOF) i
Note 1 to entry: Forces can be considered as generalized forces, that is, including rotational components like
moments.
3.4
source
active substructure which contains the mechanisms of structure-borne sound or vibration generation
and comprises all parts of the assembly (3.6) on the active side of the source-receiver interface (3.7)
Note 1 to entry: Typically, the source is a separable component although this is not a requirement for the method.
Note 2 to entry: See Figure 1.
3.5
receiver
passive substructure comprising all parts of the assembly (3.6) on the passive side of the source-receiver
interface (3.7)
Note 1 to entry: The receiver may comprise the remaining parts of an assembled machine other than the source,
a test bench or a foundation structure such as a building.
2 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 20270:2019(E)

Note 2 to entry: By definition, there are no source mechanisms within the receiver so it is a purely passive
structure.
Note 3 to entry: See Figure 1.
3.6
assembly
installation comprising the source (3.4) and receiver (3.5) connected together
Note 1 to entry: See Figure 1.
Key
1 source (active structure)
2 receiver (passive structure)
3 assembly
s internal source excitation (not accessible)
in situ blocked force vector at the set of contact DOFs, c
f
c
v validation velocity (or acceleration) vector at the set of validation DOFs, v
v
v indicator velocity (or acceleration) vector at the set of validation DOFs, r
r
Y typical structural FRF between validation DOFs, v, and contact DOFs, c
vc
Y typical structural FRF between indicator DOFs, r, and contact DOFs, c
rc
H typical vibro-acoustic FRF between prediction DOFs, a, and contact DOFs, c (see NOTE 3)
ac
p structure-borne sound predicted at DOFs, a, in the fluid around the receiver (see NOTE 3)
a
NOTE 1 Indicator DOFs can be located anywhere on the receiver, including the source-receiver interface.
NOTE 2 The obtained blocked force vector can be used to predict vibration in, and radiated sound from, the
receiver structure (see Annex E).
NOTE 3 A vibration source (1) connected to a passive receiver (2) causes vibration (v ) in, or structure-borne
r
sound (p ) radiated from, the assembly (3) at interfaces (r, v) and (a), respectively. The internal excitation, s, is
a
unknown, requiring the source to be characterized at the source-receiver interface by blocked forces f , inferred
c
from v and the assembly FRF matrix Y . Additional structural, Y , and vibro-acoustic FRFs, H , can be used for
r rc vc ac
validation and prediction purposes.
Figure 1 — Test assembly
3.7
source-receiver interface
hypothetical surface which separates the source (3.4) structure from the receiver (3.5) structure
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ISO 20270:2019(E)

3.8
contact degrees of freedom
contact DOFs
DOFs located on the source receiver interface through which structure-borne sound or vibration is
transmitted from the source (3.4) to the receiver (3.5) structure
Note 1 to entry: n is the number of DOFs and c is the subscript used for contact DOFs.
Note 2 to entry: See 4.3 for a full definition.
3.9
indicator degrees of freedom
indicator DOFs
DOFs on the receiver (3.5) at which vibration responses are measured
Note 1 to entry: m is the number of DOFs and r is the subscript used for indicator DOFs.
Note 2 to entry: See 4.4.
3.10
validation degrees of freedom
validation DOFs
DOFs on the receiver (3.5) structure (not at the contact area) at which "spare" vibration responses are
measured so as to provide a comparison for the on-board validation
Note 1 to entry: p is the number of DOFs and v is the subscript used for validation DOFs.
Note 2 to entry: See 4.5.
Note 3 to entry: The validation is described in Clause 9.
3.11
indicator velocity vector
v ( f )
r
complex velocity (or acceleration) at the indicator DOFs (3.9), arranged into an m × 1 vector at each
frequency according to:
vf()
 
r,1
 
vf()
 
 r,2 
v f =
()
 
r

 
 
vf
()
 
 rm, 
where v ( f ) is the complex Fourier spectrum component of the velocity (or acceleration) at frequency f
r,j
and at indicator DOFs j
Note 1 to entry: Consistent quantities shall be used throughout: either velocity and mobility, or acceleration and
accelerance.
3.12
measured validation velocity vector
v ( f )
v
4 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 20270:2019(E)

complex velocity (or acceleration) at the validation DOFs (3.10), arranged into a p × 1 vector at each
frequency according to:
vf()
 
v,1
 
vf
 ()
 v,2 
v ()f =
 
v

 
 
vf
()
 vp, 
 
where v ( f ) is the complex Fourier spectrum component of the velocity (or acceleration) at frequency f
v,k
and at indicator degree of freedom k
3.13
predicted validation velocity vector
v ' f
()
v
complex velocity (or acceleration) vector which has the same form as the measured validation velocity
vector (3.12) but contains predicted rather than measured data
Note 1 to entry: It is calculated according to Clause 8.
3.14
operational test
test in which vibration responses are measured at the indicator (3.9) and validation DOFs (3.10) while
the source (3.4) is in operation under a given set of operational conditions (3.16)
3.15
operational test using artificial excitation
test in which vibration responses are measured at the indicator (3.9) and validation DOFs (3.10) in the
same way as for an operational test (3.16) except that the source (3.4) is switched off and excitation is
provided by an instrumented hammer or shaker
3.16
operational conditions
defined set of circumstances under which the source (3.4) operates for the operational test (3.14),
including speed, load and any other settings or conditions particular to the source which can affect
source operation
3.17
artificial excitation
set of circumstances similar to operational conditions (3.16) except that the source (3.4) is switched off and
the source structure is excited artificially by a controlled force from an instrumented hammer or shaker
3.18
background noise conditions
conditions similar to operational conditions (3.16) except that the source (3.4) is switched off while any
other auxiliary equipment required to operate or load the source, e.g. hydraulic pumps, generators or
actuators, and/or other secondary sources of noise, e.g. wind noise, are active
3.19
on-board validation
procedure used for determining the quality of the blocked force (3.1) data
Note 1 to entry: The on-board validation is described in Clause 9.
3.20
frequency response function test
FRF test
test in which the response to a unit point force (mechanical mobility or accelerance) matrix is measured
with the source (3.4) switched off, i.e. under passive conditions
© ISO 2019 – All rights reserved 5

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ISO 20270:2019(E)

3.21
inversion frequency response function matrix
inversion FRF matrix
Y
rc
m × n matrix of FRFs (3.2) in which the columns correspond to the contact DOFs (3.8) and the rows to
the indicator DOFs (3.9) according to:
Yf Yf
() ()
 
… Yf()
rc rc
11 12 rc
1 n
 
 
Yf() 

rc
21
 
Y ()f =
rc
 
 
 
 
Yf() Yf( ))(Yf )
rc rc rc
 
mm12 mn
where Yf() is the complex mobility (or accelerance) at frequency f for excitation at contact DOF c
i
rc
ji
and response at indicator DOF r
j
Note 1 to entry: Consistent quantities shall be used throughout: either velocity and mobility, or acceleration and
accelerance.
Note 2 to entry: The mobility (accelerance) shall be dimensionally consistent with the contact DOFs and particular
care is required if rotational components (moments) are included in the definition of the blocked force vector.
3.22
validation frequency response function matrix
validation FRF matrix
Y
vc
p × n matrix of FRFs (3.2) in which the columns correspond to the contact DOFs (3.8) and the rows to the
validation DOFs (3.10):
Yf Yf
() ()
 … Yf 
()
v
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20270
Première édition
2019-11
Acoustique — Caractérisation des
sources de bruit solidien et de
vibrations — Mesurage indirect des
forces bloquées
Acoustics — Characterization of sources of structure-borne sound and
vibration — Indirect measurement of blocked forces
Numéro de référence
ISO 20270:2019(F)
©
ISO 2019

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ISO 20270:2019(F)

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© ISO 2019
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Fax: +41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés

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ISO 20270:2019(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Sélection des degrés de liberté (DDL) . 6
4.1 Généralités . 6
4.2 Interface source-récepteur . 7
4.3 DDL de contact . 7
4.4 DDL d’indicateur . 8
4.4.1 Généralités . 8
4.4.2 Tous les DDL d’indicateur au niveau de la surface de contact . 8
4.4.3 Aucun DDL d’indicateur au niveau de la surface de contact . 8
4.4.4 Certains DDL d’indicateur au niveau de la surface de contact . 8
4.5 DDL de validation . 8
5 Montage d’essai . 9
5.1 Généralités . 9
5.2 Représentativité du récepteur . 9
5.3 Conception du récepteur d’essai . 9
5.4 Éviter les sources de bruit secondaires .10
6 Appareillage de mesure .10
6.1 Généralités .10
6.2 Analyseur multicanal .10
6.3 Capteurs de vibrations .10
6.4 Moyens d’excitation .11
7 Mode opératoire d’essai.11
7.1 Généralités .11
7.2 Essai en fonctionnement .13
7.3 Essai de fonction de réponse en fréquence (FRF) .13
7.3.1 Généralités .13
7.3.2 Mesurage direct des FRF .13
7.3.3 Mesurage inverse des FRF .13
7.4 Essai préliminaire avec une excitation artificielle .14
8 Procédure d’analyse .14
9 Incertitudes et validation .15
9.1 Généralités .15
9.2 Auto-validation .16
9.3 Validation préliminaire en utilisant une excitation artificielle .16
10 Rapport d’essai .17
Annexe A (informative) Exemple de rapport d’essai: entraînement électrique de l’essieu
arrière d’une voiture particulière; analyse des voies de transfert (TPA) et
estimation des forces bloquées in situ conformément à l’ISO 20270:2019 .18
Annexe B (informative) Essais de la validité des données de mesure .25
Annexe C (informative) Études de cas .27
Annexe D (informative) Critères de sélection des DDL d’indicateur et de validation .32
Annexe E (informative) Prévision du bruit et des vibrations .37
Bibliographie .39
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ISO 20270:2019(F)

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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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ISO 20270:2019(F)

Introduction
Le présent document a été élaboré en réponse à la demande des industries mécaniques pour une
méthode agréée de spécification de la «force» des sources de bruit solidien et de vibrations. Les
grandeurs qui caractérisent indépendamment une source sont la vitesse libre et la force bloquée:
[2]
l’ISO 9611 spécifie un mode opératoire de mesurage de la vitesse libre dans lequel la machine, source
de vibrations, est montée sur des supports souples pour approcher une condition de suspension libre.
Les forces bloquées sont les forces que la machine en service exercerait si elle était contrainte par une
structure réceptrice parfaitement rigide. Elles peuvent potentiellement être mesurées directement en
insérant des capteurs de force entre la machine en service et un support rigide. Cependant, le présent
document décrit une méthode indirecte de mesurage des forces bloquées utilisant une méthode inverse.
Alors que le mesurage de la vitesse libre exige que le montage de la source soit souple et que le mesurage
direct des forces bloquées exige que les supports de la machine soient bloqués, le mesurage indirect, tel
que défini dans le présent document, peut théoriquement être réalisé avec la source fixée à n’importe
quelle structure réceptrice. Des techniques de mesure sensiblement identiques sont employées pour le
diagnostic du bruit solidien en utilisant une «analyse des voies de transfert» (TPA), également appelée
analyse de la «contribution des voies de transfert de la source» (SPC).
Une méthode de caractérisation des sources de bruit solidien et de vibrations par le mesurage indirect
des forces bloquées aux points de connexion aux structures supports ou réceptrices, est décrite dans le
présent document. La méthode de mesure est appliquée in situ, c’est-à-dire que la source est connectée
à une structure réceptrice pendant la réalisation des mesurages. En théorie, l’utilisation de toute
structure réceptrice est valable à condition que les mécanismes de la source de vibrations du spécimen
restent représentatifs de ceux de l’installation réelle. Par conséquent, la structure réceptrice peut faire
partie d’une installation réelle, telle que le socle d’une machine ou la fondation d’un bâtiment, mais peut
aussi être un banc d’essai conçu spécialement, s’il fournit un chargement dynamique représentatif pour
la source.
La méthode spécifie un mode opératoire de mesurage en deux étapes comprenant tout d’abord un essai
passif au cours duquel les fonctions de réponse en fréquence (FRF) de l’ensemble source-structure
réceptrice sont mesurées, puis un mesurage des vibrations au cours d’un essai en fonctionnement. Les
forces bloquées sont obtenues en résolvant un problème inverse. Il est bien connu que les solutions
inverses de ce type peuvent entraîner des erreurs très importantes, en particulier si les données
d’entrée manquent de cohérence. De telles erreurs varient de manière significative selon le cas et la
compétence de l’opérateur. Par conséquent, un moyen permettant d’estimer les incertitudes associées
à la force bloquée, par un processus appelé auto-validation, constitue un élément essentiel de ce mode
opératoire de mesurage.
Les forces bloquées sont obtenues dans des bandes de fréquences étroites qui peuvent ensuite être
intégrées pour approximer des bandes de fréquences d’octave ou de tiers d’octave approximatives.
La méthode des forces bloquées in situ est destinée à compléter la méthode de la plaque réceptrice
[3]
de l’EN 15657. La méthode de la plaque réceptrice offre une approche simplifiée dans laquelle les
forces et les vitesses sont efficacement moyennées sur les supports d’une machine en service au moyen
d’un montage sur une plaque normalisée. Les approximations permettent de simplifier les mesurages,
mais les informations relatives à la distribution et à la phase des forces et des vitesses sont perdues.
Le présent document vise à fournir une alternative pour les sources de bruit solidien non compatibles
avec l’approche de la plaque réceptrice ou lorsque plus de détails sur la distribution des forces sont
nécessaires.
Les forces bloquées obtenues à l’aide du présent document peuvent être utilisées aux fins suivantes:
a) obtenir des données pour la préparation des spécifications techniques relatives aux composants
actifs (sources) en termes de vibrations;
b) obtenir des données d’entrée pour la prévision des vibrations entrant dans, ou du bruit rayonné
par, des structures reliées à la source;
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ISO 20270:2019(F)

c) obtenir des informations de diagnostic sur la contribution de forces bloquées particulières aux
vibrations ou à un niveau de pression acoustique cibles (lors de l’analyse in situ des voies de
transfert).
La prévision du bruit et des vibrations dans un nouvel assemblage [comme en b) ci-dessus] ne constitue
pas une partie normative du présent document, bien que des lignes directrices pour la prévision
soient fournies dans l’Annexe E. Pour la prévision, des données supplémentaires sont nécessaires en
complément des forces bloquées mesurées. En particulier, il est nécessaire de connaître les fonctions
de réponse en fréquence (FRF) du nouvel assemblage (qui est constitué de la source reliée à la nouvelle
structure réceptrice). Ces FRF peuvent en principe être mesurées (si l’assemblage est disponible pour le
mesurage), calculées (par exemple, à l’aide de méthodes numériques) ou calculées en combinant les FRF
de la source et des structures réceptrices séparées (sous-structuration dynamique), que celles-ci soient
mesurées ou calculées.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20270:2019(F)
Acoustique — Caractérisation des sources de bruit solidien
et de vibrations — Mesurage indirect des forces bloquées
IMPORTANT — Le fichier électronique du présent document contient des couleurs qui sont
considérées comme utiles pour la bonne compréhension du document. Il convient donc que les
utilisateurs envisagent d’imprimer ce document à l’aide d’une imprimante couleur.
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode dans laquelle un composant vibrant (une source de bruit
solidien ou de vibrations) est fixé à une structure (ou récepteur) passive et provoque des vibrations
dans l’assemblage ou un rayonnement sonore solidien de l’assemblage. Des pompes installées dans des
navires, des servomoteurs dans des véhicules ou des machines et une installation dans des bâtiments
en sont des exemples. Presque tous les composants vibrants peuvent être considérés comme une source
dans ce contexte.
En raison de la nécessité de mesurer les vibrations à tous les degrés de liberté (DDL) de contact
(connexions entre la source et le récepteur), le présent document ne peut s’appliquer qu’aux assemblages
pour lesquels un tel mesurage est possible.
Le présent document n’est applicable qu’aux assemblages dont les fonctions de réponse en fréquence
(FRF) sont linéaires et invariables dans le temps.
La source peut être installée dans un assemblage réel ou fixé sur un banc d’essai spécialement conçu
(tel que décrit en 5.2).
La méthode normalisée a été validée pour des signaux stationnaires de sorte que les résultats puissent
être présentés dans le domaine de fréquences. Toutefois, la méthode ne se limite pas aux signaux
stationnaires: moyennant un traitement approprié des données, elle est également applicable à des
signaux variant dans le temps tels que des transitoires et des chocs (à condition que la linéarité et
l’invariance dans le temps des FRF soient conservées).
Le présent document fournit une méthode de mesure et de présentation des forces bloquées, ainsi que
des lignes directrices visant à réduire le plus possible l’incertitude. Il fournit une méthode d’évaluation
de la qualité des résultats au moyen d’une procédure d’auto-validation, sans toutefois commenter
l’acceptabilité ou non des résultats.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 7626-1, Vibrations et chocs mécaniques — Détermination expérimentale de la mobilité mécanique —
Partie 1: Termes et définitions fondamentaux et spécification des 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
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
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ISO 20270:2019(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.1
force bloquée
force dynamique appliquée par une source (3.4) opérationnelle à une structure réceptrice (3.5)
parfaitement rigide
3.2
fonction de réponse en fréquence
FRF
rapport, dépendant de la fréquence, de la transformée de Fourier de la réponse en mouvement à la
transformée de Fourier de la force d’excitation d’un système linéaire
Note 1 à l'article: L’excitation peut être une fonction harmonique, aléatoire ou transitoire du temps. Les résultats
d’essai obtenus avec un type d’excitation peuvent donc être utilisés pour prédire la réponse du système à tout
autre type d’excitation.
Note 2 à l'article: Le mouvement peut être exprimé en termes de vitesse, accélération ou déplacement; les
désignations de la fonction de réponse en fréquence correspondante sont respectivement la mobilité, l’accélérance
et la souplesse dynamique ou l’impédance, la masse effective (c’est-à-dire apparente) et la raideur dynamique.
[SOURCE: ISO 2041:2018, 3.1.53]
3.3
vecteur de force bloquée in situ
f f
()
c
force bloquée (3.1) complexe aux degrés de liberté (DDL) de contact (3.8), présentée sous forme d’un
vecteur n × 1 à chaque fréquence conformément à:
ff
 ()
c,1
 
 
ff()
 
c,2
f ()f =
 
c

 
 
ff()
 
cn,
 
où ff() est la composante complexe du spectre de Fourier de la force bloquée à la fréquence f et au
ci,
degré de liberté (DDL) de contact i
Note 1 à l'article: Les forces peuvent être considérées comme des forces généralisées, c’est-à-dire incluant les
composantes angulaires telles que les moments.
3.4
source
sous-structure active qui contient les mécanismes de génération de bruit solidien ou de vibrations et
comprend toutes les parties de l’assemblage (3.6) du côté actif de l’interface source-récepteur (3.7)
Note 1 à l'article: En général, la source est un composant séparable, bien que cela ne soit pas une exigence pour la
méthode.
Note 2 à l'article: Voir Figure 1.
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ISO 20270:2019(F)

3.5
récepteur
sous-structure passive comprenant toutes les parties de l’assemblage (3.6) du côté passif de l’interface
source-récepteur (3.7)
Note 1 à l'article: Le récepteur peut comprendre les parties d’une machine assemblée autres que la source, un
banc d’essai ou une structure de fondation telle qu’un bâtiment.
Note 2 à l'article: Par définition, il n’y a aucun mécanisme source dans le récepteur car il s’agit d’une structure
purement passive.
Note 3 à l'article: Voir Figure 1.
3.6
assemblage
installation comprenant la source (3.4) et le récepteur (3.5) connectés ensemble
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
Légende
1 source (structure active)
2 récepteur (structure passive)
3 assemblage
s source d’excitation interne (non accessible)
vecteur de force bloquée in situ à l’ensemble des DDL de contact, c
f
c
v vecteur de vitesse (ou d’accélération) de validation à l’ensemble des DDL de validation, v
v
v vecteur de vitesse (ou d’accélération) d’indicateur à l’ensemble des DDL de validation, r
r
Y FRF type de la structure entre les DDL de validation, v, et les DDL de contact, c
vc
Y FRF type de la structure entre les DDL d’indicateur, r, et les DDL de contact, c
rc
H FRF vibro-acoustique type entre les DDL de prévision, a, et les DDL de contact, c (voir NOTE 3)
ac
p bruit solidien prédit aux DDL, a, dans le fluide autour du récepteur (voir NOTE 3)
a
NOTE 1 Les DDL d’indicateur peuvent être situés n’importe où sur le récepteur, y compris au niveau de
l’interface source-récepteur.
NOTE 2 Le vecteur de force bloquée obtenu peut être utilisé pour prédire les vibrations dans, et le bruit
rayonné par, la structure réceptrice (voir Annexe E).
NOTE 3 Une source de vibrations (1) connectée à un récepteur passif (2) provoque des vibrations (v ) dans, ou
r
un bruit solidien (p ) rayonné par, l’assemblage (3) respectivement au niveau des interfaces (r, v) et (a).
a
L’excitation interne, s, étant inconnue, il est nécessaire de caractériser la source au niveau de l’interface source-
récepteur par les forces bloquées f , déduites de v et de la matrice FRF de l’assemblage Y . Les FRF
c r rc
supplémentaires de la structure, Y , et vibro-acoustique, H , peuvent être utilisées à des fins de validation et de
vc ac
prévision.
Figure 1 — Assemblage d’essai
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ISO 20270:2019(F)

3.7
interface source-récepteur
surface fictive qui sépare la structure source (3.4) de la structure réceptrice (3.5)
3.8
degrés de liberté de contact
DDL de contact
DDL situés sur l’interface source-récepteur à travers laquelle le bruit solidien ou les vibrations sont
transmis de la source (3.4) à la structure réceptrice (3.5)
Note 1 à l'article: n est le nombre de DDL et c est l’indice utilisé pour les DDL de contact.
Note 2 à l'article: Voir 4.3 pour une définition complète.
3.9
degrés de liberté d’indicateur
DDL d’indicateur
DDL sur le récepteur (3.5) au niveau duquel les réponses vibratoires sont mesurées
Note 1 à l'article: m est le nombre de DDL et r est l’indice utilisé pour les DDL d’indicateur.
Note 2 à l'article: Voir 4.4.
3.10
degrés de liberté de validation
DDL de validation
DDL sur la structure réceptrice (3.5) (pas au niveau de la surface de contact) au niveau de laquelle les
réponses vibratoires «supplémentaires» sont mesurées afin de fournir une comparaison pour l’auto-
validation
Note 1 à l'article: p est le nombre de DDL et v est l’indice utilisé pour les DDL de validation.
Note 2 à l'article: Voir 4.5.
Note 3 à l'article: L’auto-validation est décrite à l’Article 9.
3.11
vecteur de vitesse d’indicateur
v ( f )
r
vitesse complexe (ou accélération) aux DDL d’indicateur (3.9), présentée sous forme d’un vecteur m × 1 à
chaque fréquence conformément à:
vf
()
 
r,1
 
vf()
 
 r,2 
v ()f =
 
r

 
 
vf()
 
 rm, 
où v ( f) est la composante complexe du spectre de Fourier de la vitesse (ou de l’accélération) à la
r,j
fréquence f et aux DDL d’indicateur j
Note 1 à l'article: Des grandeurs cohérentes doivent toujours être utilisées: soit vitesse et mobilité, ou accélération
et accélérance.
4 © ISO 2019 – Tous droits réservés

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ISO 20270:2019(F)

3.12
vecteur de vitesse de validation mesuré
v ( f )
v
vitesse complexe (ou accélération) aux DDL de validation (3.10), présentée sous forme d’un vecteur p × 1
à chaque fréquence conformément à:
vf
 ()
v,1
 
vf()
 v,2 
v ()f =
 
v

 
 
vf()
 
vp,
 
où v ( f) est la composante complexe du spectre de Fourier de la vitesse (ou de l’accélération) à la
v,k
fréquence f et au degré de liberté d’indicateur k
3.13
vecteur de vitesse de validation prédit
v '()f
v
vecteur de vitesse complexe (ou accélération) qui a la même forme que le vecteur de vitesse de validation
mesuré (3.12), mais contient des données prédites plutôt que mesurées
Note 1 à l'article: Il est calculé conformément à l’Article 8.
3.14
essai en fonctionnement
essai au cours duquel les réponses vibratoires sont mesurées aux DDL d’indicateur (3.9) et de validation
(3.10) alors que la source (3.4) fonctionne dans un ensemble donné de conditions de fonctionnement (3.16)
3.15
essai en fonctionnement en utilisant une excitation artificielle
essai au cours duquel les réponses vibratoires sont mesurées aux DDL d’indicateur (3.9) et de validation
(3.10) de la même manière que pour un essai en fonctionnement (3.16), excepté que la source (3.4) est
désactivée et que l’excitation est fournie par un marteau instrumenté ou un générateur de vibrations
3.16
conditions de fonctionnement
ensemble défini de circonstances dans lesquelles la source (3.4) fonctionne pour l’essai en fonctionnement
(3.14), incluant la vitesse, la charge et tous les autres réglages ou conditions particulières pour la source
...

Questions, Comments and Discussion

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