Essais & Simulations n°115

Essais

Essais et Modelisation Essais aggravés Outillages HALT-HASS : un savoir-faire dans leur conception, étape stratégique des essais aggravés Fondée en 1972, la société MB Électronique s'est orientée depuis plusieurs années vers deux grandes activités : la première est la commercialisation de systèmes et d’équipements électroniques de test et de mesure, la seconde est la fourniture de services exclusifs comme l'assistance, la formation et la maintenance associés aux systèmes et aux équipements. Partenaire de QUALMARK depuis 2005, MB Electronique a également développé ses compétences dans le domaine des essais aggravés HALT (Highly Accelerated Life Test) & HASS (Higly Accelerated Stress Screen). La société offre ainsi aux industriels son savoir-faire sur l’ensemble des tests HALT/ HASS et notamment sur la conception des outillages adaptés d’une part à la spécificité des produits à tester et d’autre part aux stress subits par ces DUT pendant les séquences d’essais. Depuis plus de quarante ans, la société MB Électronique établit des partenariats sur le long terme avec des fournisseurs tels que AIM, Ametek, Espec, Fluke, Qualmark, Yokogawa et plus récemment Agilent. Mais MB Électronique s'est également spécialisée dans les essais aggravés en se dotant d'un véritable laboratoire équipé notamment de deux systèmes Qualmark. L'entreprise propose des prestations dans le domaine des essais aggravés (HALT&HASS) ; cette méthode de test permet dans un temps très court d’améliorer la fiabilité des systèmes électroniques, électrotechniques ou mécatroniques en complément de méthodes conventionnelles de fiabilité prévisionnelle telles que le REX (retour d’expérience), les méthodes théoriques (FIDES, etc.) ou encore les filières de qualification (ISO16750, EN50155, DO160, etc.). Introduite il y a une dizaine d’années par les donneurs d’ordres de l’industrie aéronautique, la méthode de test HALT/HASS est encore relativement récente en France. Mais, si au départ les essais aggravés étaient utilisés principalement dans les secteurs industriels fortement impliquées dans le process de fiabilité comme l’aéronautique et l’automobile, aujourd’hui tous les secteurs d’activité sont concernés. Réalisation d'un outillage : repères et conseils pratiques La réalisation d’un outillage est une phase déterminante dans le processus de déverminage lors de la production. Elle revêt une importance à plusieurs niveaux. Tout d'abord, l'ergonomie de l’outillage ; celle-ci est primordiale dans la mesure où elle facilite l’accessibilité et la dépose des produits à tester dans la chambre. Vient ensuite la phase de qualification de l’outillage. Différents cycles « Profil HASS » sont alors appliqués pour valider l’outillage de test et vérifier la répétabilité. Cette opération se décline généralement en deux étapes. La première permet de valider l’outillage (au préalable étudié/ conçu avec un logiciel de CAO mécanique) avec un ou plusieurs produits à tester pour vérifier que les échanges vibratoires et thermiques sont correctement transmis. La deuxième phase dite POS (proof of screen) permet de vérifier l’intégrité du profil que l’on utilisera en production. Celui-ci doit être soigneusement « calibré » d’où la nécessité d’effectuer un nombre de cycles significatifs (30 à 50 runs). En termes de bonnes pratiques, il est important que les fixations soient suffisamment solides pour résister aux vibrations. Le but des essais est de tester le produit, et non ses fixations. Il faut conserver l’intégrité du produit et limiter la masse des fixations. La masse des outils est, en effet, un paramètre qui risque de diminuer la transmission des vibrations en les atténuant trop. Il ne faut en aucun cas contrarier la transmission du stress. Par ailleurs, il est important de « simplifier » au maximum les fixations car (en général) simplifier les outils de fixation conduit à en diminuer le poids. De plus, des fixations complexes peuvent se fragiliser. Il faut également veiller à conserver l’intégrité des produits en évitant tout frottement mécanique (entre l’outillage et le produit à tester) qui risquerait alors d’endommager l’unité sous test (UUT). Exemple d'outillage Concept 4 quadrants : gain de temps et optimisation des flux de production En matière d'outillage, le concept 4 quadrants permet une optimisation du flux de production. Concrètement, la table QualMArk est équipée de quatre zones de surfaces équivalentes ayant une réponse vibratoire identique. Rappelons qu’un temps de cycle HASS est de l’ordre de trois heures incluant le test thermique et vibratoire. L’intérêt est donc ici de pouvoir tester quatre produits identiques ou différents en un seul cycle de déverminage. Expert depuis une dizaine d'années dans ce domaine, MB Electronique est capable de réaliser l’étude et la conception de ce type d’outillages de test en s’assurant de la parfaite transmission de l‘énergie de la table vers l’UUT (unité sous test), ainsi que de la qualité des échanges thermiques entre l’enceinte et le produit. Le respect des exigences de production, de temps et de répétabilité des tests sont ses maîtres-mots. MB Électronique accompagne, aujourd’hui, des clients de plus en plus nombreux à être convaincus de la pertinence d'une démarche HALT/HASS. Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 24

Dossier Matériaux Essais et Modelisation Tendances Matériaux composites et simulation numérique – Enjeux et perspectives Le marché mondial des composites connait une croissance annuelle de +10% (source Toray Industries, Inc.). Aéronautique et spatial, automobile, nautisme, biomédical, sports et loisirs... aucun secteur n’y échappe, comme le montre ce compte-rendu de séminaire organisé par le Nafems. « Les premières structures aéronautiques ‘composites’ datent des années 30, avec le De Haviland DH91 Albatross, qui à l’époque utilisait des panneaux de bois multi-couches aux propriétés anisotropiques. Depuis, l’utilisation des matériaux composites s’est généralisée : elle est passée de 10% dans les années 80 à 30% sur l’A380, pour atteindre plus de 50% aujourd’hui sur l’A350 XWB », rappelle Michel Mahé, chef de département, Head of A350 Stress chez Airbus et président de Séance. Même constat dans le secteur naval pour les voiliers multicoques dont les performances n’ont cessé de s’accroitre au cours des dix dernières années, comme le souligne Laurent Gornet, maître de conférences HDR, enseignant-chercheur à l’Ecole Centrale de Nantes : « Les performances des voiliers se sont constamment accrues avec un ratio poids/longueur des coques de plus en plus faible, grâce notamment, à l’utilisation de matériaux composites ». L’exemple du trophée Jules Verne parle de lui-même: le temps de traversée est passé d’un peu plus de soixante-dixneuf jours en 1993 à un peu plus quarante-huit jours en 2010, soit plus de 40% de réduction en dix-sept ans ! Autre exemple, dans le secteur de l’Automobile et des Transports où l’allégement des véhicules reste une préoccupation constante chez les constructeurs. « Dans ce secteur, les procédés de fabrication et de mise en forme doivent être adaptés aux cadences et aux contraintes des chaines de fabrication et à la production de pièces en grande série », souligne Benjamin Surowiec, responsable simulation composite en innovation chez Plastic Omnium. Mais, la nature même de ces matériaux hétérogènes, la variété des procédés de fabrication et de mise en œuvre, la multiplicité des applications possibles sont autant de challenges pour le fabricant de matière, pour l’ingénieur responsable des études et des validations, et pour les fournisseurs de solutions de simulation numérique. La simulation numérique joue un rôle clef à toutes les étapes du processus, depuis la conception jusqu’à la certification. Elle entre en jeu dans la caractérisation des matériaux, la modélisation et la validation des structures et la simulation des procédés de fabrication, trois aspects essentiels que nous illustrons ci-dessous. Bien caractériser les matériaux pour mieux les simuler Rappelons tout d’abord qu’ « un matériau composite est constitué de l’assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles et de nature différente, se complétant et permettant d’aboutir à un matériau dont l’ensemble des performances est supérieur à celui des composants pris séparément » (Berthelot 1996). Bien connaitre les propriétés et les caractéristiques des matériaux composites est un préalable indispensable pour pouvoir faire les bons choix de concepts et pour simuler avec confiance le comportement des structures. Jerôme Bikard, expert Modélisation numérique des procédés et lois de comportement chez Rhodia Engineering Plastics, présente une étude ayant pour but l’intégration du comportement élastique endommageable orthotrope des composites thermoplastiques TPC PA66 dans l’approche ‘MMI Confident DesignTM’, approche mise en place chez Rhodia pour répondre aux besoins de ses clients de caractériser le comportement attendu de ces matériaux. En effet, « aujourd’hui nous ne vendons pas des matériaux, nous vendons des fonctions et il est important de pouvoir fournir à nos clients des données de comportement des matériaux qu’ils utiliseront dans leurs produits », précise-t-il. Laurent Guillaumie, ingénieur d’Etudes et Recherches à l’Onera, expose les travaux menés à l’Onera pour caractériser le comportement dynamique des plaques sandwichs à base de nida et de peaux en stratifié, au travers de trois grandeurs : nombre d’onde, densité modale et impédance mécanique des ondes de flexion. Il explique : « ces travaux s’inscrivent dans une démarche visant à développer et valider des outils de modélisation et de prédiction du comportement vibratoire des matériaux composites, de plus en plus complexes et légers, qui sont utilisés dans les structures de fuselage d’avion ». Simuler le comportement des structures Au cours de leur cycle de vie, les produits réalisés avec des matériaux composites peuvent être soumis à des mécanismes complexes de déformation, d’endommagement, de rupture.... Ces mécanismes sont doublement complexes à analyser car, d’une part les matériaux utilisés sont en perpétuelle évolution et, d’autre part, il est souvent nécessaire de mettre en place une approche multi-échelle pour mieux les appréhender. Laurent Gornet, maître de conférences HDR, Enseignant-Chercheur à l’Ecole Centrale de Nantes, nous propose une approche multi-échelle pour la modélisation de l’endommagement et de la rupture de panneaux sandwichs constitués de peaux stratifiées carbone/époxy et d'une âme Nomex® utilisés pour les voiliers multicoques. Jean-Paul Charles, ingénieur chez Eurocopter, Professeur associé à Aix-Marseille Université (LMA), expose les travaux réalisés par une équipe associant Christian Hochard (Aix-Marseille Université, LMA), Ana-Cristina Galucio (EADS Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 25