Ensayos de vibración y validación

Essais en vibration et validation des résultats

Parce qu'ils permettent, en un laps de temps très court, de tester la résistance des produits aux contraintes et à l'usure, les essais en vibration peuvent révéler des faiblesses structurelles ou des défauts de conception.

Un produit ou un équipement doit pouvoir résister aux chocs, aux aléas de manipulation et à l'usure pendant la durée de son cycle de vie.
Par exemple :

  • Un téléphone portable doit être suffisamment solide pour résister aux aléas de son transport et de sa manipulation au quotidien, aux chocs, aux chutes, sous peine, pour son fabricant, de voir exploser les coûts liés à la garantie, avec un risque réel de détérioration de l'image de marque et de désaffection des consommateurs qui iront acheter ailleurs leur prochain nouveau portable.
  • Un satellite doit pouvoir résister aux fortes vibrations générées au moment de son lancement, sous peine de voir se ruiner tous les efforts investis dans sa mise au point et sa construction.

Pour parvenir intacts et totalement opérationnels jusqu'aux clients, les produits doivent aussi pouvoir supporter leur transport et leur manutention de l'usine à leur lieu de destination.

De plus, outre la capacité de résistance à de fortes contraintes dans un temps limité, les bureaux d'études doivent veiller à ce que soient préservées à beaucoup plus longue échéance l'intégrité des produits et la qualité promise par la marque. Cette qualification et cette vérification font certes l'objet de nombreuses simulations au cours de la phase de développement, mais la simulation ne suffit pas. Il faut aussi tester les prototypes et les spécimens assemblés en production, tant pour valider le résultat des simulations que pour rassurer les clients sur la durabilité des produits.
Assurer l'intégrité du produit

Les essais en vibration mettent les fabricants en capacité d'assurer la qualité, la fiabilité et la durabilité des produits finis et de leurs composants. Ils peuvent révéler des faiblesses de conception qui, sinon, n'apparaîtraient qu'à l'occasion du transport, de la mise en service et de l'utilisation. Certains de ces essais, tels les essais de caractérisation des bruits parasites  (buzz, squeak and rattle) sur les habitacles de véhicule, peuvent aussi détecter la présence de bruits gênants. Les tests de résistance aux agents environnementaux, par exemple les essais HALT (highly accelerated lifetime testing) ou HASS (highly accelerated stress screening) doivent combiner essais en vibration et chambres climatiques pour simuler les contraintes liées aux montées/descentes rapides en température. Ils sont généralement réalisés sur les produits industriels et les composants électroniques, les équipements médicaux et les matériels militaires.

Profils d'essais vibratoires

D'où proviennent les profils d'essais en vibration ? Les clients, utilisateurs finaux ou fabricants qui doivent incorporer un composant à un ensemble, définissent souvent eux-mêmes les spécifications et les procédures d'essai, à l'expérience et de manière empirique. Les essais en vibration fournissent une approche plus structurée pour la compréhension des comportements modaux défectueux et des défauts causés par les vibrations.

Essais normalisés

Nombre de profils d'essais vibratoires sont définis par des référentiels dont la rédaction a pris des années. Ces normes sont nombreuses et souvent dédiées à des applications et des produits spécifiques, notamment DIN, ISO, BS, MIL, CEI et ASTM. Les essais normalisés sont généralement utilisés en aéronautique, en aérospatiale et par l'industrie de défense (MIL-STD-810, NATO STANAGs ou AS/EN9100).

Vibration testing for durability, quality assurance and troubleshooting

Choisir le système

Il importe de choisir un système approprié aux essais envisagés, qui puisse simuler les types de vibrations adéquats et gérer les forces d'excitation utilisées. Une surveillance des niveaux vibratoires résultants est primordiale pour que l'objet testé ne soit pas soumis à des sollicitations exagérées.
Les systèmes peuvent être configurés de multiples façons pour répondre à la spécificité des besoins. Certains types d'essais et nos suggestions pour les conduire sont présentés ici. Cette liste est loin d'être exhaustive ; si aucune de nos suggestions ne correspond à vos besoins, consultez la page consacrée aux équipements d'essais en vibration ou contactez-nous pour nous faire part de vos besoins en matière d'essais.

Les essais d'usure et de durabilité aident les fabricants à évaluer la capacité de résistance des produits et composants aux aléas d'une utilisation sur le long terme. Soumettre composants, sous-ensembles et produits finis à des vibrations similaires aux vibrations qu'ils auront réellement à subir est indispensable pour savoir s'ils sont appropriés à l'usage auquel ils sont destinés. Ces essais de durabilité consistent à vérifier la conformité à des référentiels souvent définis par les équipementiers et fournisseurs OEM, ou à tester les produits jusqu'à leur destruction.

Comme les essais de durabilité sont souvent répétitifs, ils doivent être faciles à configurer, à exécuter et à évaluer pour approbation. Stocker les profils d'essais au moyen du logiciel de contrôle pour pouvoir les réutiliser sur un mode répétitif facilite les opérations.

Système recommandé

Pour les essais de durabilité, une configuration courante fait intervenir un vibrateur de force intermédiaire refroidi par air, positionné verticalement ou horizontalement, par exemple un V875-440 combo. Ce vibrateur supporte des charges de 600 kg, par exemple des ensembles ou sous-ensembles en construction automobile ou dans l'aérospatial. La table peut être remplacée pour recevoir des charges utiles de différentes dimensions.

> LDS V875 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS COMET USB

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

Pour tester comment les produits, sous-ensembles et composants résistent à la chute, à un choc induit ou un choc pyrotechnique, il est courant de procéder à des essais de tenue aux chocs transitoires, aux chutes et/ou aux impacts. Lors de ces essais, des charges utiles (téléviseurs, sous-ensembles de véhicule ou appareils électroménagers) sont secouées à fort niveau (100 g) pendant un court laps de temps pour simuler par exemple un véhicule passant sur un nid-de-poule ou la chute d'un téléviseur pendant son transport.

Les équipementiers de l'automobile, de l'armée et les fabricants de produits commerciaux procèdent à des essais de chocs et de chutes normalisés : SAE J1455 pour les véhicules et leurs composants, CEI 60068-2-27, CEI 60068-2-29 et CEI 60068-2-31 pour les chocs, secousses et chutes de produits commerciaux et MIL-STD-810 pour les essais classiques de chocs avec analyse SRC (spectre de réponse au choc) pour les matériels militaires. Le stockage des profils d'essais normalisés et leur réutilisation par le logiciel de contrôle facilite l'exécution des essais.

Système recommandé

Pour les essais de tenue aux chocs, nous conseillons un système basé sur le Vibrateur de force intermédiaire refroidi par air V8, qui offre un déplacement d'une amplitude de 63,5 mm (pour un pic de vitesse de 1,8 m/s). Il est commandé par un contrôleur de vibrations LASERUSB d'utilisation intuitive et dont le logiciel permet l'enregistrement et l'analyse rapide et sûre des mesures de choc. Pour une analyse plus avancée, l'outil PULSE Reflex SRS calcule les spectres de réponse à des chocs de nature transitoire dans le domaine temporel afin de déterminer les dommages potentiels.

> LDS V8 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Shock Response Analysis - Type 8730

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B


Ces essais sont conçus pour simuler les sollicitations externes pendant le transport et la manutention d'un produit, de son conditionnement à l'usine jusqu'à sa réception par le client. Le but est de s'assurer que l'emballage fournit une protection suffisante et qu'il peut résister lui-même aux aléas du transport. Un test pourra par exemple reproduire les conditions de transport d'une palette de téléviseurs conditionnés, d'une machine à laver ou d'une caisse de composants pour un véhicule ou un aéronef. Il pourra aussi servir dans le cadre d'une démarche d'amélioration du conditionnement ou d'optimisation de l'emballage.

Système recommandé

Le système conseillé pour les essais d'emballage consiste en un Vibrateur LDS V875-640 avec tête d'expansion en magnésium, d'un contrôleur LASERUSB et d'un amplificateur SPA-K.

> LDS V875 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Shock Response Analysis - Type 8730

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B


Le dépistage du stress de l'environnement, aussi désigné essais de contrôle thermique, est un processus au cours duquel les produits sont soumis à des contraintes thermiques (températures basses, hautes, ou fluctuant cycliquement) et vibratoires, pour vérifier que les deux contraintes combinées ne provoquent aucun dommage ni dysfonctionnement. Il permet de prouver la stabilité opérationnelle dans des conditions climatiques extrêmes, par exemple dans le désert, dans la chaleur d'un site industriel, ou par grand froid. Les essais sont de type HALT (highly accelerated lifetime testing) et HASS (highly accelerated stress screening). Ce dépistage est courant pour les matériels militaires qui doivent être opérationnels à des températures extrêmes et pour les produits industriels comme les composants pour l'automobile – composants moteurs et sous-ensembles d'habitacle. La gamme de température est comprise entre –55 °C et +125 °C pour les matériels militaires et entre –40 °C et +85 °C pour les produits industriels.

Système recommandé

Pour un dépistage ESS, un vibrateur, par exemple un V875 avec système de fixation tropicalisé, est fixé à une chambre climatique de manière à ce que seules la charge utile et le système d'assujettissement soient à l'intérieur. Selon le type d'essai réalisé, il est monté horizontalement ou verticalement. Le contrôleur LASERUSB supporte les essais normalisés MIL-STD-810 et DEF STAN 00-35.

> LDS V875 - Medium Force Shaker

> Switching Power Amplifier 8 - 56 kVA LDS SPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Head expanders and thermal barriers

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

La demande du public pour des véhicules plus fiables et de meilleure qualité perçue contraint les constructeurs mondiaux à procéder à des essais de dépistage des bruits parasites qui sont, pour les occupants d'une voiture, sources d'irritation. Ces essais  visent à garantir une intégrité durable pour les sous-ensembles et les composants (tableaux de bord, boîte à gants, rétroviseurs latéraux, sièges), à éliminer les bruits et à optimiser le confort acoustique des passagers. Equipementiers et fournisseurs de produits OEM cherchent à tester des sous-ensembles qui soient le plus complets possible, jusqu'à des quarts ou moitiés d'habitacle (sièges, instruments, portières, plancher, etc.).

Système recommandé

Selon la charge utile à tester, un système d'essais de caractérisation des bruits parasites est  généralement constitué d’un Vibrateur V780 avec des fixations adaptées  pour fixer un tableau de bord, par exemple, d’une antenne microphonique pour identifier les sources de bruit, et d’une instrumentation d'ingénierie acoustique pour la détection, la validation et la correction éventuelle des performances en termes de bruits parasites

> LDS 780 - Low Force Shaker

> Power Amplifier 5 kVA LDS HPA-K

> Vibration control system LDS LASER USB

> Acoustical arrays

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

> Spherical beamforming Type 8606

 

Les essais de qualification et d'acceptation (Q&A) ont pour but de vérifier et d'anticiper la bonne tenue du satellite au regard de la mission qui lui est dévolue, tant au niveau de sa construction que pendant son transport, son lancement, son déploiement et son fonctionnement dans l'espace.

Satellite-on-shaker-Image-courtesy-of-INPE

Les satellites, et les missions qui leur sont dévolues, étant de nature très variable, les configurations d'essai et les paramètres mesurés présentent une grande diversité. Les procédures normalisées de qualification mécanique des satellites (QTP), par exemple, diffèrent des procédures normalisées d'acceptation (ATP). Une procédure QTP est plus poussée, s'applique à des modèles d'ingénierie, et inclut généralement des tests de tenue aux vibrations, aux chocs et à la fatigue acoustique. Les charges utiles peuvent être vibrées jusqu'à leur destruction ou être soumises à des essais non destructifs d'évaluation de leurs performances mécaniques. Tandis qu'une procédure ATP est un essai en production, sur la structure réelle, servant à vérifier la conformité de celle-ci au cahier des charges.

Essais de qualification:

  • Essais de tenue à des vibrations de type aléatoire et sinus balayé, incluant une mise en vibration du satellite au moyen de grands shakers LDS (le V994 par exemple) afin de localiser les éventuelles faiblesses et vérifier l'absence d'altérations significatives de la structure
  • Essais de tenue aux chocs afin de simuler et d'analyser la réaction aux chocs (ou chocs pyrotechniques) qui pourront survenir au cours de la séparation et du déploiement des panneaux solaires

Le contrôleur de vibrations LASERUSB permet de réaliser les essais normalisés, notamment les Normes MIL-STD-810 et DEF STAN 00-35

>  LDSV994 - High Force Shaker

>  Switching Power Amplifiers 70 - 280 kVA LDS DPA-K

> Vibration controllers

> General-purpose Triaxial CCLD Accelerometers with TEDS Type 4535-B

 

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