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Accélération des essais en environnement mécanique. Apports de la simulation numérique à l’approche physique
L’accent a été mis sur les raisons pour lesquelles l’essai
vibratoire virtuel a été mené et la façon avec laquelle il
a été réalisé. Nous avons également comparé les essais
physiques et les essais virtuels.
Avant de poursuivre, il convient de passer en revue les
conditions requises pour un bon essai d’endurance :
- L’essai doit être adapté au composant, qu’il s’agisse
d’un simple élément, d’un sous-ensemble ou du produit
complet ;
- L’essai doit reproduire les mécanismes de défaillance
observés dans l’environnement réel ;
- L’essai doit être représentatif de l’environnement réel,
dans la limite des marges statistiques connues ;
- L’essai doit être accéléré quand cela est possible afin
d’améliorer les délais de développement et de réduire
les coûts. Il faut cependant veiller à ne pas générer de
charges excessivement élevées qui pourraient modifier
les mécanismes de défaillance ;
- Les spécifications de l’essai doivent être adaptées
aux bancs d’essai sur table vibrante et à l’analyse par
éléments finis.
Mesures des charges appliquées – Profil de
mission
En général un profil de mission contient plusieurs évène-
ments de charge mesurés, que l ’on considère comme
représentatifs des dif férentes situations rencontrées
dans la réalité. Par exemple, pour un véhicule terres-
tre, on pourra trouver des évènements relatifs à l ’uti -
lisation sur autoroute, en ville, en léger tout-terrain,
en cross, avec un véhicule en pleine charge ou en
charge partielle, avec des nids-de-poule, des bordu-
res de trot toir, ainsi que les dommages initiaux asso-
ciés au conditionnement et au transport des pièces.
On mesure les DSP ou les signaux temporels repré-
sentatifs pour chaque évènement, ainsi que la durée
estimée de cet évènement pour le véhicule en fonc-
tionnement.
Les accélérations ont été mesurées sur le pot d’échap-
pement au cours de plusieurs tours de pistes d’essai.
Le programme d’endurance original cible une endurance
équivalente à 53 jours de conduite en continu. Les mesu-
res ont été enregistrées à la fois sur les pavés et sur les
surfaces de comportement. Les spectres d’endommage-
ment par fatigue (FDS = Fatigue Damage Spectrum) et
les spectres de réponse au choc (SRC ou SRS = Shock
Response Spectrum) ont été calculés pour chaque tour
ainsi que la moyenne pondérée, statistiquement utilisée
comme étant représentative de la surface. Les valeurs
des FDS ont ensuite été remises à l’échelle de l’enduran-
ce-cible du composant.
La figure 1 ci-après représente le pot d’échappement et sa
configuration de montage. Deux accéléromètres triaxiaux
ont été utilisés et placés près des pattes de fixation avant
et arrière du châssis. D’autres accéléromètres ont égale-
ment été fixés sur le composant afin de vérifier les carac-
téristiques modales du montage, mais ils n’ont pas été
utilisés lors des tests accélérés.
Fig. 1 : Le pot d’échappement, son système de
fixation et la position des accéléromètres
Comme on le voit sur la figure 1, l ’accéléromètre placé
à côté de la pat te de fixation avant est en fait fixé
sur la partie longitudinale du châssis, alors que celui
de la pat te de fixation arrière est fixé sur une partie
transverse. Ils représentent la charge d’entrée du pot
d’échappement.
Développement d’un profil vibratoire – Synthèse
de l’essai
La méthode de personnalisation des essais
On a besoin d’un essai qui produise au minimum le même
endommagement par fatigue que celui qui est subi par
un composant au cours de sa vie entière. La meilleure
façon d’atteindre cet objectif est d’utiliser un procédé
appelé «Profilage de mission et synthèse de l’essai» ou
«Personnalisation de l’essai».
On crée un signal de pilotage synthétique lors de la phase
de synthèse de l’essai. Ce signal doit contenir au mini-
mum le même endommagement par fatigue que le «Profil
de mission» mais sur une période d’essai accélérée. La
méthode de personnalisation des essais utilisée ici est
basée sur la norme militaire française GAM-EG 13 [7] et
sur le projet de norme de l’OTAN AECTP 200 [8]. Sa feuille
de route est illustrée à la figure 2.
Fig. 2 : Feuille de route de la méthode
de personnalisation des essais