Protection des matériels contre les vibrations et les chocs

Au cours de leur durée de vie, les matériels sont soumis à de multiples sollicitations dynamiques d’origine mécanique. Ces sollicitations résultent de forces de natures diverses (balourds, vent, turbulences, chocs, tremblement de terre). Ces forces engendrent des vibrations qui créent des contraintes dynamiques dans les matériaux.

Ces sollicitations peuvent parfois se combiner à des sollicitations statiques telles que les effets de la température, de la pression (ou du vide), le rayonnement, l’agression chimique, etc. Dans ces cas-là, il y aura lieu de concevoir des essais combinés (vibrations + température, etc.) pour s’en prémunir.

Lorsque c’est possible, on évite que le matériel ne subisse ces sollicitations dynamiques en réalisant une isolation vibratoire ou en dégradant de l’énergie par l’augmentation de l’amortissement : ce sont là des cas particuliers. En général, on ne peut éviter que le matériel ne soit soumis à ces sollicitations dynamiques. Alors, il faut donner au matériel un dimensionnement adéquat et le vérifier par des essais. D’une manière générale, les contraintes subies sont d’autant plus faibles que le matériel est raide. Certaines règles de l’art permettent d’y parvenir au moindre coût. Lorsque le problème est plus complexe, on recherche à agir sur les paramètres mécaniques, afin que les fréquences critiques du matériel ne correspondent pas aux principales fréquences d’excitation du matériel. Cela est en général réalisé à partir de modèles numériques recalés par des essais.

Les essais que nous décrivons ici ont pour objet de vérifier que le dimensionnement du matériel est suffisant pour résister aux sollicitations auxquelles il est supposé être soumis. Nous présentons plusieurs types d’essais, car chacun d’eux couvre plus particulièrement un domaine d’environnement. Chaque essai vise à simuler les effets d’un type particulier de sollicitations.

Les essais sont définis par des méthodes normalisées, mais aussi et surtout par une spécification particulière établie avec soin, afin de bien tenir compte de la simulation des essais par rapport à l’environnement contre lequel on veut se prémunir.

Une spécification inutilement sévère risque d’entraîner l’inaptitude du matériel et, à l’opposé, une spécification insuffisamment sévère risque de ne pas couvrir certaines défaillances pendant la durée de vie prévue pour le matériel. Devant cette alternative, le néophyte est tenté de définir des essais qui s’écartent le moins possible des sollicitations réelles. Il définit alors une durée d’essai excessivement longue (la durée de vie recherchée est en général de plusieurs années), des essais complexes et très onéreux. Pour éviter cette tendance, l’expérience de l’ingénieur d’essais est d’un poids déterminant.

Cependant, lorsque l’expérience ne peut jouer (cas d’une application nouvelle comme l’espace par exemple), on choisit alors le matériel disponible sur le marché présentant la meilleure tenue, et garantissant la plus longue durée de vie.