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Essais & Simulations n°104-105

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Dossier : Essais virtuels

Applications

Applications Industrielles système de détection optique relié à un automate commande le fonctionnement de 2 vérins pneumatiques dont le rôle consiste à bloquer la masse en mouvement après le premier impact. De ce fait l’éprouvette est impactée une seule fois. Système de mesures L’effort au moment de l’impact est mesuré à l’aide d’un capteur à jauges situé à l’intérieur de la partie mobile de la machine d’impacts. L’énergie d’impact est déduite à partir des informations fournies par un capteur de déplacement capacitif dont l’avantage est de permettre une mesure du déplacement de la masse mobile sans contact mécanique. Système d’enregistrement des mesures L’enregistrement des mesures est réalisé à une fréquence de 20 kHz avec un enregistreur de marque LDS. Les signaux enregistrés sont ceux fournis par le capteur de déplacement et le capteur d’effort ainsi que ceux du système de blocage de la masse issus du détecteur optique et de la commande d’activation des vérins antirebond. Traitement des mesures La mesure fournie par le capteur d’effort est directement exploitable, par contre la mesure de déplacement permet de connaître 2 informations : - d’une part la flèche de l’éprouvette en cours d’impact ; - d’autre part la vitesse de la masse à l’instant qui précède l’impact, c’est-àdire juste avant le contact avec l’éprouvette. Un logiciel de traitement et d’analyse des mesures développé par Astrium permet de dériver le signal de déplacement par rapport au temps afin de déterminer la vitesse de la masse mobile à l’instant précédant l’impact. La connaissance de la vitesse permet alors d’obtenir l’énergie appliquée sur l’éprouvette au moment de l’impact. Mise au point du système d’impacts Avant de réaliser les premiers impacts sur une structure d’essai, une phase de DR Figure 7 : diagramme de dispersion du système. qualification de la machine a été nécessaire. Des éprouvettes semblables et un montage mécanique identique à celui réalisé avec la machine Dynatup ont été mis en place afin de réaliser les premiers impacts avec le moyen portable. La comparaison des 2 moyens d’essais a alors été possible. “ La connaissance de la vitesse permet d’obtenir l’énergie appliquée sur l’éprouvette au moment de l’impact. ” Les premiers impacts réalisés ont permis le réglage du système pneumatique antirebond. Ce réglage a été effectué à l’aide d’une caméra à imagerie rapide. L’enregistrement et la comparaison des signaux fournis par le détecteur optique et la commande d’électrovanne ont été associés aux enregistrements par caméra rapide. La connaissance parfaite du temps nécessaire pour sortir la tige des vérins pneumatiques est une donnée essentielle au réglage du système antirebond. Si les vérins agissent trop tôt, l’impact ne se fait pas ou se produit partiellement (dispersion d’énergie dans les vérins). A contrario, une action trop lente des vérins et c’est plusieurs impacts qui seront appliqués successivement au même endroit sur la structure. La dernière étape de cette phase de qualification a consisté à réaliser un étalonnage du moyen portable, c’est-à- dire une base de données comportant un grand nombre d’impacts. Ceci permet d’obtenir une relation directe entre l’énergie à appliquer sur une éprouvette et la cote de compression des ressorts correspondant au niveau d’énergie visé. Le logiciel de traitement des mesures développé par Astrium comprend un volet dans lequel sont enregistrées les données d’étalonnage de la machine d’impacts. L’application informatique permet d’extrapoler les valeurs d’étalonnage, ainsi des niveaux d’énergie jamais réalisés peuvent être appliqués sur des éprouvettes. La calibration de la machine a été réalisée à l’horizontale, c’est-à-dire sans influence de la gravité terrestre. Le logiciel permet également d’adapter l’étalonnage initial pour différents angles d’orientation de la machine (impacts vers le bas ou vers le haut). Chaque nouvel impact réalisé sur une éprouvette d’essai fournit des données supplémentaires qui sont ajoutées à l’étalonnage initial afin de l’enrichir. Validation de l’ensemble du moyen portable La machine Dynatup, dont le principe repose sur une masse en chute libre, est utilisée couramment par le laboratoire d’Astrium et a fait ses preuves. Une comparaison a été effectuée entre les 2 moyens d’impacts. 2 lots identiques composés de différents types d’éprouvettes ont été E SSAIS & S IMULATIONS ● OCTOBRE, NOVEMBRE, DÉCEMBRE 2010 ● PAGE 40

Applications Industrielles impactés à divers niveaux d’énergie. Le premier lot a été impacté par la machine Dynatup et le second avec le moyen portable. Un contrôle non destructif par ultrasons (CND US) a été effectué sur chacune des éprouvettes. Pour un niveau d’énergie identique, les dommages identifiés par CND US sur un même type d’éprouvette sont équivalents, qu’ils aient été réalisés par l’un ou l’autre des moyens d’impacts. Cette validation globale a permis de mettre en évidence le fonctionnement nominal du moyen portable. Dispersion du système La courbe présentée en figure 7 a été construite à partir de plusieurs impacts et représente l’énergie appliquée sur une structure en fonction du niveau de compression des ressorts de la machine. La dispersion des impacts réalisés par le moyen portable a été mesurée expérimentalement après réalisation de plusieurs impacts. Sur un ensemble d’impacts réalisés entre 10 et 140 joules, la dispersion de la machine est estimée à ±5 %. Logiciel associé au système D’autres fonctions connexes ont été ajoutées au logiciel du système d’impacts telles que : - la prise en compte de la non-linéarité du capteur de déplacement ; - l’exportation des données de mesures avec une possibilité de les filtrer. Après traitement, les fichiers créés sont directement exploitables par les tableurs classiques. Avant chaque essai d’impact, un étalonnage de l’ensemble de la chaîne de mesure de déplacement est réalisé. Les points d’étalonnage sont saisis dans l’application informatique afin de traiter le signal de sortie du capteur de déplacement. Conclusion Le moyen portable développé et mis en œuvre par Astrium a permis de réaliser l’ensemble des impacts sur les structures de grandes dimensions développées dans le cadre des études sur la tolérance aux dommages du M51. Environ une centaine d’impacts contractuels ont été réalisés sur des éprouvettes d’essai de grandes échelles. Et plus de 300 impacts ont été nécessaires pour mettre au point le système. L’ensemble du système d’impacts a donné lieu au dépôt d’un brevet. À terme, des prestations pourront être réalisées chez d’éventuels clients extérieurs sur tout type de matériel de grandes dimensions ● Abstract Aurélien Perrier (1) The uses of composite materials have not been ceased increasing for these ten last years in many industrial sectors and generated studies of damage tolerance. To answer this requirement an impacts machine for large-sized structures was developed. The aim of this presentation is to show the approach and the results of the impact machine development. (1) Ingénieur d’essai. EADS Astrium – Saint-Médard-en-Jalles. E SSAIS & S IMULATIONS ● OCTOBRE, NOVEMBRE, DÉCEMBRE 2010 ● PAGE 41

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