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Auteur(s)
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Paul-Eric DUPUIS : Docteur de l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace - Responsable du département Essais mécaniques à la société Intespace
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les vibrations font partie intégrante de notre univers. Le moindre mouvement entraîne des vibrations d'amplitude et de durée variables, depuis l'oscillation lente d'un pont suspendu excité par le vent jusqu'au choc engendré à l'atterrissage par un avion, en passant par le bruit des moteurs de nos voitures. Cet environnement vibratoire est ressenti par l'ensemble des équipements que nous utilisons dans la vie courante et peut engendrer des dysfonctionnements allant jusqu'à la destruction du matériel en question.
C'est ainsi qu'est né le besoin de certifier les structures au travers d'une série d'essais représentatifs de l'environnement vibratoire rencontré par un produit au long de son cycle de vie. La grande diversité des situations rencontrées engendre un large éventail d'essais de nature très différente, ce qui oblige l'opérateur d'un essai de vibrations à utiliser un matériel de mesure tout aussi diversifié.
Le but de cet article est de permettre au néophyte de comprendre quels sont les éléments importants à prendre en compte dans le choix du matériel de mesure, puis, à partir des résultats obtenus, comment les exploiter en évitant les pièges d'une mauvaise interprétation.
Pour cela, après un bref rappel de quelques principes de dynamique des structures, les différents types d'essais de vibrations sont évoqués de manière à mettre en évidence leurs spécificités tant dans les paramètres de mesure que dans le traitement des résultats.
Les différents constituants d'une chaîne d'acquisition sont ensuite détaillés car il est nécessaire de comprendre les avantages et les inconvénients des divers matériels pour faire un choix adapté. L'interprétation des résultats de mesure est une étape indispensable car on ne peut exploiter que ce que l'on sait interpréter.
À titre d'information, la chronologie d'un essai de vibrations est retracée, ce qui permet de restituer chaque étape dans un cadre concret.
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Chaîne d’acquisition
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2. Les différents types d’essais de vibrations
2.1 Objectifs des essais d’environnement vibratoire
C'est à partir des différents environnements que va rencontrer un produit tout au long de son cycle de vie que vont être déterminés les essais nécessaires à lui assurer une durée de vie optimale. Ainsi, si l'on prend l'exemple d'un satellite, celui-ci va se trouver confronté aux situations décrites dans le tableau 1 selon ses phases de vie.
D'une manière générale, les essais de vibrations peuvent être regroupés en trois catégories correspondant chacune à un objectif spécifique. Ils servent à :
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qualifier le système, c'est-à-dire à démontrer sa capacité à résister à un environnement plus sévère que l'environnement nominal à un coefficient de sécurité près. Les valeurs de ce coefficient varient d'un domaine à l'autre ;
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« recetter » le produit de série, c'est-à-dire vérifier que les spécifications nominales sont satisfaites et détecter les défauts latents ou ponctuels. On parle alors de recette d'un produit ;
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vérifier la validité des modèles mathématiques servant à la mise au point ou au développement d'un produit. Ces essais ont un objectif très différent des deux catégories précédentes et nécessitent un matériel généralement un peu plus spécifique. Dans le cas le plus courant, le modèle mathématique est un modèle « éléments finis » dont on possède les caractéristiques modales que l'on désire comparer, au minimum, aux fréquences de résonance de la structure réelle. On parle alors d'analyse modale expérimentale.
Les modèles actuels de structures sont, compte tenu des progrès rapides de l'informatique, devenus très représentatifs de la réalité. Ils permettent de minimiser les séquences d'essais de deux manières : d'abord le concepteur peut cerner les limites de son spécimen, ce qui permet de le préparer au mieux à la réalité des tests mécaniques, ensuite la bonne représentativité du modèle permet de supprimer certains essais.
une séquence de qualification est souvent constituée de plusieurs essais. D'abord un essai bas niveau de référence qui...
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Les différents types d’essais de vibrations
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - IMBERT (J.-F.) - Analyse des structures par éléments finis - , 3e édition, Cepadues (1991).
-
(2) - GIRARD (A.) - Dynamique des structures. Techniques d’analyse et d’essais B 5 150 - . Techniques de l’Ingénieur, traité Génie mécanique (1997).
-
(3) - GIRARD (A.), DUPUIS (P.-E.), BUGEAT (L.-P.) - Improved schock characterization - . European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Mechanical Testing, Braunsghweig, Allemagne (4-6 novembre 1998).
-
(4) - DUPUIS (P.-E.) - Recalage et optimisation de modèles éléments finis en dynamique avec amortissement - . Thèse de doctorat de l’École nationale supérieure de l’aéronautique et de l’espace, Toulouse (juin 1992).
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(5) - BENDAT (J.-S.), PIERSOL (A.G.) - Random Data : analysis and measurement procedures - . John Wiley & Sons (1971).
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NORMES
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Normes fondamentales. Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie - NF X 07-001 - 12.1994
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Relations clients - fournisseurs. Qualité des essais. Lignes directives pour demander et organiser des essais. - NF X 50-142 - 12.1990
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Recueils de normes françaises « Chocs et vibrations mécaniques » 3 e éd. - NF X 50-142 - 1987
-
Recueils de normes françaises « Essais et analyses. Maîtriser la conception et la réalisation ». - NF X 50-142 - 1998
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Annexe : Traitement du signal. - GAM-EG-13 - 11.1995
ANNEXES
Les caractéristiques de quelques capteurs commerciaux courants sont données dans les tableaux 2, 3 et 4.
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