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Objectifs du projet
Lors de la qualification des composants pour la mise en
production, il est courant de les soumettre à un essai,
qu’ils doivent passer avec succès. Cet essai a pour but
de déterminer si le composant répond aux exigences du
client. La véritable limite du composant pourra rester incon-
nue, ainsi que la distribution de cette limite. Si cette limite
est connue (c’est-à-dire si le test a échoué), des modifi-
cations doivent être apportées dans la conception, et un
essai de suivi sera nécessaire.
Les équipementiers automobiles et leurs fournisseurs s’ef-
forcent de réduire les coûts de conception et de fabrication
de leurs produits afin de rester compétitifs face à la mondia-
lisation du marché. Dans un effort de réduction des coûts
de développement, le temps et les prototypes consacrés
aux essais physiques traditionnels ont été considérablement
réduits. On utilise des coefficients comme les facteurs d’es-
sai pour pallier le nombre limité d’essais d’endurance.
Cet article explique comment la démarche de personnali-
sation des essais (que l’on appelle également Accélération
des essais dans les produits nCode) peut être complétée
par une simulation numérique virtuelle de la fatigue afin
de créer des spécifications d’essais accélérés et réalis-
tes pour un pot d’échappement utilisé sur un bus urbain.
Cet exemple fait partie d’un projet réalisé en collaboration
avec un fabricant de systèmes d’échappement.
Ce projet comprenait 4 phases :
- Mesure de l’accélération réelle sur un pot d’échappement
en fonctionnement sur un banc d’essai;
- Création d’un essai accéléré de fatigue utilisant une
DSP aléatoire;
- Réalisation de l’essai accéléré sur un modèle «éléments
finis» afin de déterminer si la conception est valide;
- Réalisation d’un essai accéléré sur un prototype en utili-
sant un pot vibrant et comparaison des résultats avec
l’analyse par éléments finis.
Accélération des essais en environnement
mécanique. Apports de la simulation
numérique à l’approche physique
Environmental Accelerated Testing.
Use of Virtual Test to Extend Physical Approach
Andrew Halfpenny
HBM United Kingdom Limited
Advanced Manufacturing Park
Technology Centre
Brunel Way
Catcliffe, Rotherham S60 5WG
South Yorkshire UK
Tel. : +44 (0) 845 620 6060
Fax : +44 (0) 114 254 1245
Frédéric Kihm
HBM-nCode Durability Products
Saint James Park
3, chemin de la dîme
95700 Roissy en France
Tel. : +33 (0)1 30 18 20 20
Fax : +33 (0)1 30 18 20 19
Résumé
Les composants fonctionnant dans un environnement mécanique vibratoire sont
largement sensibles au phénomène d’endommagement par fatigue. La validation
expérimentale de ces composants passe la plupart du temps par la spécification
d’une Densité Spectrale de Puissance (DSP), construite à partir d’un profil de mission
sur la base d’équivalences de dommage par fatigue et de réponse extrême. Des
facteurs d’accélération d’essais peuvent alors être introduits, qui lorsqu’ils sont bien
maîtrisés, conduisent à des réductions notables en termes de coûts et de délais de
développement. La simulation numérique peut alors aider à optimiser ce process, en
vérifiant que le chargement synthétique représenté par cette DSP est réaliste et en
établissant une cartographie de l’endommagement sur le composant à partir de lois
de comportements réelles. Cet article présente cette approche mixte test/simulation
et son application à un cas concret.
Abstract
Vibrating components are highly susceptible to fatigue failure. Most components must
fulfil some form of durability certification test prior to production. Tests are conducted on
real prototype components or use a CAE based simulation of the component. The drive
signals are often in the form of PSD’s obtained using the FDS and SRS/ERS test tailoring
approach. The sign-off test can be accelerated using reduction factors applied on the
PSD’s in order to optimise costs and development duration. Numerical Simulation may
help by verifying the loading is realistic and representative and by showing a contour
plot of the component damage calculated using real materials fatigue data. This paper
presents this mixed Test/CAE approach and its application in a case study.