Structural dynamics

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.

 

  • Analyse modale en fonctionnement

    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.

  • Analyse modale classique

    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.

  • Essais de vibrations au sol (GVT – Ground Vibration Test)

    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.

  • Analyse de déformée opérationnelle

    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.

  • Intégration des données AEF et des données d'essai

    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.

STRUCTURAL DYNAMICS 

NIELS JØRGEN JACOBSEN Niels-Jørgen Jacobsen

With degrees from the Technical University of Denmark and Copenhagen Business School, Niels-Jørgen has published numerous technical papers and articles on structural dynamics.