Essais & Simulations n° 137

MESURES Afin de pouvoir

MESURES Afin de pouvoir avancer dans la compréhension de la dynamique vibratoire non-linéaire du F-16, une analyse approfondie effectuée à l’aide d’outils adaptés s’avère donc nécessaire. L’approche suivie ici, basée sur le logiciel NI2D développé par Nolisys, va permettre non seulement l’interprétation des phénomènes non-linéaires observés expérimentalement, mais également la définition d’un modèle non-linéaire permettant de reproduire ces phénomènes numériquement. Cette approche se déroule en trois étapes successives : identification, modélisation et simulation. Identification des connexions non-linéaires La première étape consiste en la localisation des sources de non-linéarité sur la structure. Pour ce faire, la detection map permet, sur base des réponses temporelles collectées par les différents accéléromètres, de détecter quels capteurs ont enregistré du contenu vibratoire non-linéaire. Ainsi, il est possible de valider, ou non, la présence de non-linéarité, et de dresser une cartographie de la structure sur base de la localisation des capteurs associés aux non-linéarités. L’application de la detection map aux données du F-16, montrée à la Figure 3, confirment que les interfaces aile-charge utile représentent des sources de vibrations non-linéaires. Les différentes connexions non-linéaires de la structure détectées sur base de cette map peuvent être ensuite investiguées de manière à extraire les variations de raideur et d’amortissement qui y sont associées. Cette phase, appelée « caractérisation », s’effectue en analysant les réponses issues de deux capteurs situés de part et d’autre de chaque connexion non-linéaire. La procédure est illustrée à la Figure 4 sur l’interface aile-charge utile du F-16, et révèle une perte de raideur suivie d’une augmentation, lorsque les déplacements relatifs augmentent ; cela indique, pour des vibrations avec des amplitudes croissantes, une ouverture de la liaison glissière, suivie par des impacts. En ce qui concerne les forces d’amortissement, des forces aux allures de friction de Coulomb sont observées. Cette phase de caractérisation, bien que qualitative dans les résultats qu’elle rend, permet d’extraire à partir des données expérimentales des informations très riches sur la dynamique non-linéaire de la structure, en vue de l’amélioration de son modèle. Modélisation hybride de haute fidélité Il apparait évident que les modèles éléments finis utilisés classiquement par les industriels ne permettent pas de reproduire les phénomènes non-linéaires observés jusqu’ici. Afin de pallier ce manque de fidélité, l’approche proposée ici consiste à effectuer la création d’un modèle « hybride » non-linéaire, composé du modèle éléments finis initial auquel des connexions non-linéaires sont ajoutées sous forme de forces de raideur et d’amortissement. Cette phase de création est ensuite suivie du recalage des paramètres des connexions non-linéaires, sur base des données expérimentales. En fin de procédure, un modèle non-linéaire de haute fidélité de la structure est obtenu, montré en Figure 5 pour le cas du F-16. Simulation avancée Une preuve des capacités supérieures de ce modèle à reproduire les observations faites en test peut être observée en Figure 6. Sur ce graphe, il est montré 28I ESSAIS & SIMULATIONS • N°137 • mai 2019

MESURES que l’intégration temporelle effectuée sur base du modèle non-linéaire, contrairement au modèle éléments finis initial, permet de tenir compte de l’assouplissement de la structure, et du glissement de certaines de ses résonances. Le modèle non-linéaire de la structure peut également être utilisé pour d’autres types de simulation, telles que le calcul de contrainte ou l’analyse modale non-linéaire. Par le biais de cette dernière, l’effet des non-linéarités sur les propriétés modales (déformées, fréquences propres et facteurs d’amortissement) sont calculées et amènent une base de données supplémentaires à comparer avec les résultats expérimentaux. En conclusion, la présente analyse effectuée sur les données GVT d’un F-16 a démontré qu’à l’aide des outils proposés dans le logiciel NI2D, il était désormais possible pour les industriels de lever les incertitudes sur l’impact des vibrations non-linéaires, et de valider un modèle fiable pour simuler celles-ci. ● Marwan Radi, Business Development Manager, Nolisys Thibaut Detroux, PhD & Managing Director, Nolisys ESSAIS & SIMULATIONS • N°137 • mai 2019 I29