Dynamique des structures

Toute structure, grande ou petite, est soumise à des contraintes mécaniques qui la fragilisent. Vibration d'une pale d'éolienne, induite par le vent, distorsion d'une passerelle au passage de piétons, toute force qui s'exerce sur elle, quelle qu'elle soit, peut menacer son intégrité. Elle doit donc bénéficier des qualités de rigidité et de résilience appropriées, qualités qui ne doivent pourtant pas s'obtenir au prix d'une ingénierie redondante et coûteuse, a fortiori lorsque la question du poids est en jeu. Certaines structures, comme les supports moteur, ne doivent d'ailleurs pas être trop rigides pour pouvoir absorber une vibration qui serait source d'inconfort pour les occupants d'un véhicule. Connaître le comportement dynamique d'une structure permet d'optimiser sa construction, de surveiller son intégrité et de maximiser son rendement.

Caractérisation du comportement dynamique

Pour comprendre le comportement dynamique d'une structure, il faut analyser sa réaction aux forces qui  la sollicitent. En excitant la structure au moyen d'un marteau d'impact ou d'un vibrateur et en mesurant sa réponse au moyen d'accéléromètres, il est possible d'établir ses modes de déformation et ses fréquences naturelles de résonance. D'autres techniques, comme l'Analyse modale en fonctionnement ou l'Analyse de déformée opérationnelle permettent, pour leur part, de tester la structure en situation réelle de fonctionnement sans avoir à l'exciter de manière artificielle.

Importation de modèles MEF

Les structures étant souvent conçues sur la base d'une modélisation MEF (modèle par éléments finis), passer de ces modèles virtuels très détaillés au monde réel permet de créer des prototypes simples de grande précision et de placer des accéléromètres aux endroits les plus propices à l'obtention de bons résultats. Car si la modélisation par éléments finis permet de prévoir et de simuler le comportement dynamique d'une structure, les résultats ne peuvent être validés sans comparaison à des données réelles. La réimportation de ces données d'essai dans les modèles EF est une étape essentielle dans la phase de conception des structures.

Avec l’analyse modale opérationnelle (OMA), seule est prise en compte la réponse de la structure aux sollicitations. Les forces qui s'exercent sur elle ne sont pas mesurées. L'analyse OMA remplace l'analyse modale expérimentale lorsqu'il faut identifier les modes de déformation de la structure dans des conditions réelles de fonctionnement, ou lorsqu'il est difficile ou impossible d'exciter artificiellement la structure du fait de ses dimensions, de sa forme ou d'un manque d'accessibilité.

Les grandes infrastructures sont sujettes à des contraintes environnementales, par exemple aux vagues pour les plateformes offshores, au vent pour les immeubles, à la circulation pour les ponts, tandis que le fonctionnement des structures mécaniques, aéronefs, véhicules, navires et machines tournantes, est associé à des vibrations auto générées.

Dans le cadre d'une analyse OMA, ces forces, qui seraient source d'erreur dans une analyse modale classique, sont ici utilisées comme données d'entrée. L'analyse étant réalisable sur place et dans des conditions réelles de fonctionnement, le temps de configuration de l'instrumentation est très court et le temps d'indisponibilité des machines réduit à zéro.

Système recommandé

Brüel & Kjær propose une solution intégrée PULSE pour les essais et l'analyse modale. L'acquisition des données (pilotée par le modèle géométrique) s'effectue au moyen du Logiciel PULSE Modal Test Consultant™. Ces données sont ensuite transférées dans le Logiciel Operational Modal Analysis pour y être analysées et pour leur validation. Pour optimiser ce système, vous pouvez faire votre sélection dans un catalogue complet qui compte notamment des accéléromètres, des marteaux d'impact, des capteurs de force, des systèmes d'excitation pour analyse modale, des modules d'acquisition LAN-XI et des logiciels de mesure et de traitement des données.
Les systèmes d'analyse OMA de Brüel & Kjær sont modulables à volonté, tant pour la partie matérielle que la partie logicielle. Trois versions logicielles sont proposées, Light, Standard et Pro, qui diffèrent surtout par le nombre de méthodes d'analyse proposées.

> Structural Dynamic Test Consultants

> Miniature CCLD Accelerometer Type 4507

>Miniature DeltaTron Accelerometer Type 4508

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer Type 4524

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer, TEDS, Type 4524-B

> CCLD Laser Tacho Probe - MM-0360 (Fiche produit)

 

Dans le cas d'une analyse modale classique, le modèle du comportement dynamique de la structure s'obtient en excitant celle-ci au moyen de forces mesurables et en déterminant le rapport réponse/excitation.
L'analyse modale classique concerne tant les essais de mobilité à l'aide d'un marteau d'impact que les essais sur de grandes structures à l'aide de plusieurs agitateurs. Elle sert à de nombreuses applications : dépistage d'éventuelles défaillances, diagnostics, comparaisons, études de simulation et optimisation de concepts.
Nos solutions pour l'analyse modale vous guident par étape par étape, sur le mode intuitif, dans la configuration des essais, les mesures et les analyses, et fournissent des résultats précis et fiables quelle que soit la situation rencontrée. Elles sont dotées d'une gamme très riche d'estimateurs de paramètres modaux et d'outils de validation. Modulables, elles peuvent évoluer en fonction de vos besoins en analyse.

Système recommandé

Nos solutions intégrées pour l'analyse modale classique, basées sur PULSE, couvrent la totalité de la chaîne de mesure et d'analyse : accéléromètres et capteurs de force, marteaux d'impact, systèmes d'excitation modale, modules d'acquisition LAN-XI et logiciel PULSE Reflex pour les mesurages, les analyses et l'intégration des données d'essai aux données AEF.

University of Windsor, Canada - Reflex Modal Analysis (Etude de cas)

How to Determine the Modal Parameters of Simple Structures (Note d'application)

Modal Analysis using Multi-reference and Multiple-Input Multiple-Output Techniques (Note d'application)

Structural Testing - Part 1 (Livret)

Structural Testing - Part 2 (Livret)

Classical modal analysis
> PULSE Reflex Measurements 

> PULSE Reflex Modal Analysis

> PULSE Reflex Advanced Modal Analysis

 

 L'analyse de déformée opérationnelle (ODS) est un outil polyvalent qui sert à déterminer et à visualiser la déformation d'une structure dans des conditions de fonctionnement données. La vibration est visualisée sous la forme de modèles géométriques qui représentent de manière combinée les forces agissantes et la réponse de la structure.
Les forces agissant sur la structure varient avec les modalités de son fonctionnement. Si c'est une machine tournante, elles résulteront de la vitesse du moteur, de la charge, du débit, de la pression et de la température ; si c'est un ouvrage d'art ou une grande structure, elles seront générées par le vent, les vagues, le passage de véhicules.
Une analyse ODS peut être temporelle, spectrale ou de montée/descente en régime.
Les systèmes ODS proposés par Brüel & Kjær sont modulables à volonté. Ils guident l'opérateur dans les procédures de configuration, de mesure, de validation et d'animation pour chaque type d'analyse ODS. Ils permettent l'analyse en temps réel et l'analyse en différé d'historiques de données temporelles.

Système recommandé

Le Système Operating Deflection Shapes Test Consultant™ (ODSTC) intègre la plateforme multi-analyseur PULSE pour constituer, capteurs et accessoires inclus, une solution intégrée idéale pour les essais de structure. 

Subspace Algorithms in Modal Parameter Estimation for Operational Modal Analysis: Perspectives and Practices (Présentation conférence)

Parameter Estimation algorithms in Operational Modal Analysis: A Review (Présentation conférence)

A Modal Appropriation based method for Operational Modal Analysis (Présentation conférence)

Operational modal analysis on wind turbine blades (Etude de cas)

> Miniature CCLD Accelerometer Type 4507

> Miniature DeltaTron Accelerometer Type 4508

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer Type 4524

> Piezoelectric Accelerometer, Miniature Triaxial CCLD Accelerometer, TEDS, Type 4524-B

> Triaxial CCLD Accelerometer Type 4529-B

> Piezoelectric Accelerometer, Seismic CCLD Accelerometer Type 8340

> Piezoelectric Accelerometer, CCLD Accelerometer - Type 8344

 

 

Les techniques de simulation ont drastiquement raccourci le temps de développement des nouveaux aéronefs. Néanmoins, les essais réels restent indispensables à la validation des modèles virtuels et à la compréhension du comportement dynamique des structures d'avions qui intègrent de nouveaux matériaux et de nouveaux processus d'assemblage. La réalisation d'essais de vibrations au sol (essais GVT) d'un nouvel  aéronef est un moyen économique de détermination des paramètres modaux et des déformées modales et elle intervient assez tard dans le processus de développement.

Les données recueillies servent à mettre le modèle analytique à jour et à prédire la vitesse à laquelle les vibrations aéroélastiques apparaissent (flutter). Elles sont ensuite utilisées pour les essais visant à l'obtention du certificat de navigabilité, pour la détection de défauts structurels et pour la résolution de problèmes relatifs aux commandes de vol.

Les essais de vibrations au sol GVT sont obligatoires pour tout nouvel aéronef et tout aéronef ayant été modifié.

Système recommandé

 Un système d'essais GVT comprend généralement des pots vibrants pour exciter la structure, des accéléromètres dédiés à la dynamique des structures et un système d'acquisition LAN-XI. Le traitement des données est confié à un logiciel pour analyse modale PULSE Reflex. Un modèle par éléments finis de la structure testée est réalisé et sert de base à l'analyse d'essais préliminaires en vue de définir les modes cibles et les degrés de liberté liés à l'excitation et à la réponse.
Ce système est modulable pour une parfaite adaptation à la structure testée, notamment si elle est de grande dimension. Les modules d'acquisition LAN-XI peuvent être distribués de manière à minimiser les longueurs de câblage.

 

Ground vibration testing

> PULSE Modal Test Consultant

> PULSE Reflex Modal Analysis Type 8721-A

> Modal exciter type 4824

Piezoelectric CCLD accelerometer Type 4507-B

> LAN-XI data acquisition hardware

> Test for I-deas

 

L'intégration des données réelles d'essai et des données virtuelles AEF (analyse par éléments finis) est un aspect essentiel de l'analyse de la dynamique des structures. Elle permet de réduire les coûts de développement, le nombre de prototypes, et le temps nécessaire pour passer du concept à la production. Elle optimise la campagne des essais sur les structures par l'emploi de modèles EF très tôt dans le projet, et les résultats de ces essais permettent, en retour, de confectionner de meilleurs modèles.

PULSE Reflex est doté d'outils performants qui donnent confiance dans la qualité des essais et dans le résultat des techniques de simulation. Ces outils facilitent la décision et servent vos compétences en ingénierie, ce dont bénéficient les ingénieurs d'essai, les analystes et les équipes de direction.

Système recommandé

PULSE Reflex constitue une seule et même plateforme pour les mesures de dynamique structurelle corrélées à une modélisation par éléments finis.
Les modèles EF peuvent être importés dans PULSE Reflex Modal Analysis à partir de logiciels tels que Nastran® (MSC, NX, NEi), ANSYS® et ABAQUS® aux fins de validation et de préparation des essais (analyse d'essais préliminaires).
L'outil PULSE Reflex Correlation Analysis permet de corréler deux modèles modaux afin d'identifier d'éventuelles insuffisances au niveau des essais et toute lacune dans la qualité des modèles par éléments finis.

PULSE Reflex Structural Dynamics (Brochure)

PULSE Reflex Correlation Analysis and Finite Element Interfaces

> PULSE Reflex Modal Analysis

> PULSE Reflex Measurements

> Structural Dynamic Test Consultants, Modal Test Consultant and Operating Deflection Shapes Test Consultant

> Operational Modal Analysis

 

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