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Accélération des essais en environnement mécanique. Apports de la simulation numérique à l’approche physique
Endommagement par fatigue et spectres de réponse
au choc ou spectres de réponse extrême
Le «spectre d’endommagement par fatigue» (FDS) représente
l’endommagement par fatigue en fonction de la fréquence
naturelle d’un système à un degré de liberté. De même, le
«spectre de réponse extrême» (SRE) et le «spectre de réponse
au choc« (SRC) représentent l’amplitude ou la charge maxi-
male en fonction de la fréquence naturelle d’un système à
un degré de liberté. La méthode de personnalisation des
essais est basée sur l’hypothèse que les caractéristiques
dynamiques du véhicule final ne sont pas connues. Elle part
d’une accélération de départ générique et estime les valeurs
d’accélération probables pour chaque composant monté
sur ce véhicule en supposant une fonction de transfert d’un
système à un degré de liberté entre l’entrée et la réponse. La
fréquence naturelle du système étant également inconnue,
la méthode utilise une fonction pour calculer l’endommage-
ment par fatigue ou par choc pour une gamme donnée de
fréquences naturelles. Ceci permet de s’assurer que toutes
les possibilités sont prises en compte. Dans la réalité, les
applications sont rarement constituées par des systèmes
à un degré de liberté. Toutefois, dans la plupart des cas, la
réponse est dominée par un seul mode dynamique et ceci,
ainsi que le conservatisme inhérent à cette approche, suffit
à garantir que l’essai synthétisé est au moins aussi strict
que les conditions réelles. Pour de plus amples informations
sur les algorithmes des FDS/SRE et des SRC, nous invitons
le lecteur à consulter Halfpenny [8].
Fig. 3 : DSP accélérée – 72 heures par axe
Profil vibratoire aléatoire résultant
La figure 3 présente la DSP obtenue. Ce profil vibratoire
aléatoire est obtenu à partir de la méthode de personna-
lisation des essais. Les spécifications de l’essai accéléré
ont été définies pour une exposition de 72 heures par axe
sur la table vibrante.
Les spécifications de l’essai sont donc réduites approxi-
mativement d’un facteur 6 c’est-à-dire 53/(3 * 3).
La méthode de personnalisation des essais permet de
comparer les SRC de l’essai et de la mission afin de véri-
fier que l’essai n’a pas été trop accéléré et de s’assurer
que les charges appliquées n’étaient pas exagérément
élevées. La figure 4 présente, pour chaque direction, les
spectres de réponse superposés.
On peut clairement observer les points suivants :
- Axe X – Chargement d’essai de plus forte amplitude
pour les basses fréquences : ceci est dû au «wheel-hop»
(fréquence naturelle de la roue et raideur du ressort de
la suspension). Nous avons décidé de négliger ce point
car les contraintes du design interdisent les fréquences
naturelles dans cette région.
- Axe X – Chargement d’essai de plus faible amplitude pour
les hautes fréquences : chargement de choc impulsion-
nel. Un choc ou un impact impulsionnel excite les modes
élevés pendant une courte durée ; cependant l’essai DSP
est relativement long (72 heures), et ces impulsions haute
fréquence ont une amplitude réduite. Nous proposons de
compléter l’essai DPS avec un essai de choc afin de préve-
nir toute défaillance due à une surcharge.
- Axe Y – Voir ci-dessus.
- Axe Z – Voir ci-dessus. Il s’agit de la direction de char-
gement dominante. On notera la bonne correspondance
des deux courbes.
Essais physiques
Configuration
Les essais physiques ont été réalisés à l’aide d’un pot
vibrant. Ce dernier est alimenté par une accélération
définie et fait vibrer le composant en opposition à sa
propre inertie. Les contraintes générées sont attribuées
au produit de la masse du composant avec l’accéléra-
tion appliquée.
Fig. 4 : Comparaison des SRC entre la charge de l’essai et la charge mesurée