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Essais & Simulations n° 131

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Les Bureaux d’études face aux défis des données toujours plus denses

ESSAIS ET MODÉLISATION

ESSAIS ET MODÉLISATION FOCUS AÉRONAUTIQUE Mise en évidence des anomalies transitoires générées par le contrôle du vibreur lors de la simulation VST d’un essai de satellite. mécanique de vibration, de son interface avec le satellite, et du satellite lui-même, de simuler le processus en boucle fermée, en prenant en compte l’algorithme de contrôle. Dès les premières études, les auteurs y avaient perçu l’intérêt d’anticiper le réglage de la stratégie de test. LES ÉLÉMENTS TECHNIQUES CLEF DU VIRTUAL SHAKER TESTING En tenant compte simultanément de l’algorithme de contrôle du vibreur et des modèles mécaniques condensés du vibreur, du satellite et de l’interface qui les relie, le VST permet à la fois une première approche de la stratégie(3) de test du satellite dès l’issue de sa définition mais également de minimiser le temps des réglages durant la campagne. Au cours des essais, ces résultats peuvent être consolidés par un second simulateur [2] qui recale directement son modèle sur un essai réel de bas niveau. Il est à noter que, dans tous les cas, une telle précision n’est pas atteignable à partir d’une prédiction basée uniquement sur l’utilisation conventionnelle des FRA(4). Une particularité de l’approche tient à ce que, faute de connaître l’amortissement de chaque assemblage, nous leur attribuions la même valeur lorsque nous considérons un mode particulier. Autrement dit, l’approche est strictement linéaire, y compris en ce qui concerne la force électromécanique générée par vibreur considérée comme une charge mécanique directement proportionnelle à la commande. En prenant en compte simultanément les caractéristiques mécaniques du vibreur, les couplages entre axes du satellite et le contrôleur réel, le VST permet de mettre en évidence et d’anticiper les anomalies de pilotage strictement causés par des phénomènes transitoires et nous donnons de ceci un exemple sur la figure 2. Il s’agit en l’occurrence de la réponse simulée d’un accéléromètre de pilotage posé sur le ring d’interface avec le satellite. Outre le fait que l’essai ait révélé une très bonne concordance a posteriori, nous remarquons, sur les parties entourées, que le VST met en évidence les principaux écarts occasionnés par le pilotage : comme ils sont strictement liés à des phénomènes transitoires, ils n’auraient pas pu être prédits par un outil de test classique de type FRA(4). UN OUTIL PROMETTEUR POUR LES TESTS EN VIBRATION En incluant le couplage dynamique entre le vibreur, le satellite et ses interfaces, l’approche Virtual Shaker Testing se révèle donc un moyen prometteur pour la prédiction numérique des essais en balayage sinusoïdal. Elle permet d’anticiper les réglages et surtout d’obtenir des ordres de grandeurs adéquats pour les facteurs de compression qui sont souvent délicats à appréhender en raison de leur distance avec la physique des phénomènes mécaniques mis en jeu. Un autre point intéressant tient à la possibilité de valider les performances d’une installa- Modèle éléments finis d’un massif sismique de vibreur supportant le satellite et son interface Références [1] Bettacchioli A., Nali P., Common issues in S/C sine vibration testing and a methodology to predict the sine test responses from very low level run, 29 th Aerospace Testing Seminar, 27-29 October, 2015, Los Angeles. [2] Bettacchioli A., Essais en vibration des satellites : comment être plus performant grâce à la simulation, Essais & Simulations, 129, Mai-Juin 2017, pp.34-37. [3] Appolloni M. and Cozzani A., Virtual testing simulation tool for the new quad head expander electrodynamic shaker, Proceedings of the 6 th International Symposium on Environmental Testing for Space Programmes, ESA-Estec, Noordwijk, The Netherlands, June 2007. 20 IESSAIS & SIMULATIONS • N°131 • Décembre 2017

ESSAIS ET MODÉLISATION FOCUS AÉRONAUTIQUE tion avant de réaliser les essais en vibration d’un nouveau spécimen plus contraignant que d’ordinaire en termes de masse ou de modes : il n’est pas rare, en effet, que l’évolution des caractéristiques des systèmes conduisent à approcher les limites autorisées par le fournisseur de l’installation. Dans ce cas, le VST semble être aujourd’hui la seule solution connue pour statuer clairement sur la faisabilité. Alain Bettacchioli (Thales Alenia Space) alain.bettacchioli@ thalesaleniaspace.com Pietro Nali (Thales Alenia Space – Italie) pietro.nali@ thalesaleniaspace.com Notes (1) Signature modale : fréquence et amortissement des principaux modes de structure. (2) Thales Alenia Space réalise ses essais en configuration de vol, c’est-à-dire avec des réservoirs pleins, en substituant aux ergols des liquides de masses volumiques équivalentes : de l’alcool à la place du MMH (Mono-Méthyle-Hydrazine) et du HFE (Hydro- Fluoro-Ether) à la place du MON (Mono-Oxide-Nitrogen). (3) Stratégie d’essai : faute de pouvoir imposer, au moyen d’essais directement, les consignes à réaliser au niveau de la table du vibreur et/ou de certaines parties de la structure (lors du notching), on définit, à partir d’un essai de bas niveau, un autre profil de consignes dont l’application devrait permettre de mieux approcher l’objectif. En plus d’indiquer des amplitudes d’accélération, la stratégie rassemble un jeu de facteurs de compression pour chaque voie de mesure. Pour une voie de mesure suivie, la facteur de compression est le seul moyen de réglage du correcteur : à sa valeur minimale (K=1) il présente une très forte réactivité pour corriger l’erreur avec, en contrepartie, un fort risque de déstabilisation du système, tandis que des valeurs plus élevées (K=4 à 7 par exemple)stabilisent le système au dépens de sa réactivité. On observe alors des dérives locales se manifestent par de forts écarts à la consigne, soit par un dépassement, soit par une insuffisance de niveau. (4) FRA : Frenquency Response Analysis (analyse de la réponse fréquentielle). MATandSIM Essais matériaux statiquesw dynamiques et chocs Simulation numérique et modèles de comportement Essais mécaniques sur matériaux et structures pour les métauxw polymères et composites quasijstatiquesk CLFk comportement et rupture dispositifs originaux comme le bulge testk traction plane 66 Essais dynamiques chocs type 500 g sur boitiers perforation Fcatapulte et tour de chute( comportement dynamique Fbanc de Hopkinson( Conception et fabrication de dispositifs expérimentaux projectiles instrumentésk capteurs dynamiques machine de traction automatisée instrumentations avec par jaugesk thermocouplesvvv corrélation dLimages Dispositif dLamarrage MATandSIM 2 rue Jules Guesdew6 56Cgg Lorient tel : g6 g3 67 34 68 contact@matandsim2fr www2matandsim2fr siret : 8gC 998 C62 ggg6CC Dispositif de bulge test de diam 50 à 400mm Simulation éléments finis sous Lsdyna calculs de mise en fomek sertissage calculs de chocs sur structuresk impact sur boitiers étude de perforation Identification de modèles de comportementw écrouissagek anisotropiek hyperélasticiték déchirure ductile déchirure ductile Correlation dLimages exemple de conception et réalisation dLune machine de traction automatisée ESSAIS & SIMULATIONS • N°131 • Décembre 2017 I21

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