Essais & Simulations n° 137

MESURES En application

MESURES En application Analyse vibratoire non-linéaire d’un F-16 sur base de données GVT – Démonstration du logiciel NI2D de Nolisys Afin de répondre à un besoin croissant des industries aérospatiales et mécaniques, Nolisys, société spin-off de l’Université de Liège (Belgique), développe et commercialise des solutions d’analyse vibratoire avancée. Résultats de vingt années de recherche dans le domaine, ces technologies permettent aux ingénieurs essais et calculs d’évaluer et modéliser avec une confiance accrue le comportement dynamique de leurs structures. En particulier, les industriels font appel à Nolisys et son logiciel NI2D pour analyser leurs données expérimentales et modéliser les comportements vibratoires non-linéaires, lors des phases de design et de certification de leurs structures. À l’heure actuelle, les industries du transport et de l’énergie sont mises sous contrainte pour réduire leurs coûts et temps de développement tout en maintenant des objectifs de performance technique et environnementaux stricts. Une tendance notamment motivée par la vision européenne 2020 pour le secteur aéronautique, qui prévoit une réduction de 50% des émissions par passager par kilomètre parcouru. Ces contraintes entrainent le développement de structures assemblées de plus en plus légères et flexibles et, par conséquent, prônes à des comportements vibratoires non-linéaires exacerbés. Les comportements non-linéaires sont causés par le contact et la friction entre sous-structures, par la présence de connexions boulonnées, ou encore par l’utilisation de matériaux tels que les élastomères. Ils se manifestent habituellement par des résonances inattendues, et mettent les fabricants et assembleurs face à des difficultés considérables. Dans le cas des structures aéronautiques, ces phénomènes mènent, entre autres, à une réduction de l’enveloppe de vol, à une diminution de la durée de vie en fatigue, et à une baisse de confort pour les passagers. Pour les structures spatiales, ces non-linéarités s’avèrent également problématique puisqu’elles peuvent retarder voire interrompre la qualification d’un satellite, et donc mener à d’importants coûts et délais de production. Dans ce contexte, cet article a pour objectif de familiariser le lecteur avec les outils et méthodes existants pour l’analyse vibratoire non-linéaire, appliqués ici aux données issues du ground vibration test (GVT) d’un F-16. F-16 : Une grande adaptabilité source de non-linéarité Développé dans les années 70, le F-16 fait encore partie aujourd’hui des avions militaires les plus utilisés à travers le monde. Ce succès s’explique notamment par l’adaptabilité du F-16 vis-à-vis de ses charges utiles pour les différentes missions auxquelles il prend part. 26I ESSAIS & SIMULATIONS • N°137 • mai 2019

mesures Comme pour la plupart des avions militaires, l’analyse et la modélisation des interfaces aile-charges utiles du F-16 représentent un réel challenge pour les ingénieurs structure et aéroélasticité. Lorsque ces interfaces sont mises en charge par les forces aérodynamiques, comme par exemple la glissière aile-missile illustrée à la Figure 1, des sources de non-linéarité liées au contact et à la friction entre sous-composants s’activent. Ces dernières varient d’une charge utile à une autre, ce qui rend le comportement en vol du F-16 particulièrement difficile à prédire. Lorsqu’elles ne sont pas maitrisées et prises en compte, les vibrations non-linéaires résultantes mènent à une fatigue structurale accélérée, à des performances réduites et à une inefficacité opérationnelle marquée. En 2014, en collaboration avec Siemens Industry Software, Nolisys a mené à bien la campagne GVT d’un F-16 sur la base militaire belge de Saffraanberg. Pour ces tests, les forces excitatrices étaient amenées par deux shakers électrodynamiques situés en-dessous des ailes, et un ensemble d’accéléromètres permettait d’enregistrer les réponses de 145 degrés de liberté à travers la structure. Une analyse préliminaire des données expérimentales du GVT, reprise à la Figure 2, révèle des symptômes non-linéaires évidents tels que des distorsions des pics de résonance, et des glissements de réponses fréquentielles (FRFs) en amplitude et en fréquence, en fonction du niveau d’excitation. Ces glissements traduisent des variations en raideur et en amortissement de la structure, dues à l’activation de non-linéarité. Bien que les symptômes non-linéaires puissent être captés par une analyse des FRFs, ces dernières se révèlent cependant insuffisantes pour localiser les sources de non-linéarité, pour les comprendre et les caractériser. DJB Instruments 33 bis rue Louis Maury FR-55100 VERDUN Tel +33 (0)3 29 86 51 24 Email info@djb-instruments.com Web www.djbinstruments.com Accelerometers • Full range of IEPE & Charge output accelerometers • Engine, Turbo & Exhaust mount accelerometers to 900oC • Miniature single and triaxial accelerometers • DC MEMS Accelerometer Range • Impedance Head Instrumentation • Charge and Voltage Amplifiers • DC/AC/Battery powered options • IEPE Impact Hammers • Inline Signal Conditioning Cables & Accessories • Wide range of connectors available from stock • Cable assemblies manufactured to any length • Cable repairs for all manufacturers • Range of mounting accessories Training • For dates please visit our website Essais & siMUlatioNs • N°137 • mai 2019 I27