Article de référence | Réf : BM5030 v1

Durée de vie d’un système mécanique - Analyse de chargements aléatoires

Auteur(s) : Raed KOUTA, Daniel PLAY

Date de publication : 10 juil. 2007

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RÉSUMÉ

L'étude des différentes approches pour l’analyse de chargements aléatoires a pour objectif d’optimiser les méthodes de calcul de durée de vie d’un système mécanique. Ainsi, deux méthodes complémentaires que sont les analyse statistiques et les analyses fréquentielles sont présentées. Ces approches possèdent toutes deux avantages et inconvénients et c’est pourquoi une combinaison des deux analyses permet de considérer une sollicitation étudiée comme un processus aléatoire. Après une courte explication des conditions d’usage d’un système mécanique, les analyses statistiques (ou méthodes de comptages des charges aléatoires) et les analyses fréquentielles sont étudiées en détail.

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ABSTRACT

The aim of the study of the various approaches for the analysis of random loads is to optimize the calculation methods for the lifetime of a mechanical system. Two complementary methods are presented: statistical and frequency analysis. As these approaches present advantages and drawbacks, it is useful to combine them in order to study a random process. After a brief explanation of he conditions of use of a mechanical system, statistical analysis (or counting methods for random loads) and frequency analysis are studied in detail.

Auteur(s)

  • Raed KOUTA : Docteur - Maître de conférences à l’université technologique de Belfort-Montbéliard

  • Daniel PLAY : Ingénieur-Docteur - Professeur d’université à l’Institut national des sciences appliquées de Lyon

INTRODUCTION

Nous allons traiter, dans une série de trois dossiers, les différentes approches pour l’analyse d’une sollicitation aléatoire dans l’objectif d’enrichir les méthodes de calcul de durée de vie.

Ce premier dossier [BM 5 030] est consacré aux méthodes d’analyse. Le deuxième Durée de vie d’un système mécanique- Modélisation de chargements aléatoires traitera de la modélisation des sollicitations aléatoires. Une sollicitation, ou la combinaison de plusieurs sollicitations, est considérée comme la cause principale de la diminution de la résistance des composants mécaniques considérés. Les méthodes de prise en compte des conséquences d’une sollicitation aléatoire sur la durée de vie d’un composant mécanique feront l’objet d’une présentation dans la troisième partie [BM 5 032].

Les motivations de ce présent dossier partent du constat qu’opérer trop de simplifications sur une sollicitation aléatoire fait perdre beaucoup de son contenu et, par conséquent, risque de faire perdre les bonnes informations issues des conditions réelles d’usage. L’analyse d’une sollicitation aléatoire s’effectue de plusieurs manières et selon plusieurs approches, dans l’objectif d’évaluer ultérieurement la nature incertaine de la durée de vie d’un composant mécanique.

Les analyses statistiques et les analyses fréquentielles constituent deux approches complémentaires. Les analyses statistiques ont l’avantage de conduire à des modèles probabilistes qui offrent des possibilités de modélisation de la dispersion naturelle des sollicitations étudiées et de leurs conséquences (fissuration, fatigue, endommagement, durée de vie, etc.). L’inconvénient de ces analyses statistiques réside cependant dans le fait qu’elles ignorent l’historique des événements. D’un autre côté, les analyses fréquentielles tentent de remédier à cet inconvénient, en utilisant des relations qui existent entre, d’une part, les fréquences contenues dans la sollicitation considérée et, d’autre part, soit les amplitudes moyennes mesurées (étudiées avec la transformée de Fourier, TF), soit leurs dispersions (étudiées avec la densité spectrale de puissance, DSP) . L’inconvénient des analyses fréquentielles réside dans la nécessité d’émettre beaucoup d’hypothèses et de simplifications pour les exploiter dans des modèles de calcul de durée de vie (par exemple, limitation à un système avec un degré de liberté en utilisant des modèles probabilistes simplifiés pour l’enveloppe de la sollicitation).

Une combinaison des deux analyses est possible et permet une bonne complémentarité des deux approches. Cette combinaison passe par une interprétation visuelle de l’aspect fréquentiel. Ainsi, une sollicitation aléatoire est considérée comme un processus aléatoire à étudier au niveau de l’amplitude du signal, de sa vitesse et de son accélération.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm5030


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SCHÜTZ (W.) -   Standardized stress-time histories : An overview. Development of fatigue loading spectra  -  . American Society for Testing Materials, ASTM STP 1006, (ed. J. M. Potter and R.T. Watanabe) Philadelphia, PA, USA, p. 3-16 (1989).

  • (2) - HEULER (P.), KLÄTSCHKE (H.) -   Generation and use of standardized load spectra and load-time histories  -  . Inter. Journal of Fatigue 27 p. 974-990, Elsevier (2005).

  • (3) - PLUVINAGE (G.), SAPUNOV (V.T.) -   Prévision statistique de la résistance, du fluage et de la résistance durable des matériaux de construction  -  . ISBN : 2-85428-735-5, Cepadues éditions (2006).

  • (4) - WEBER (B.) -   Fatigue multiaxiale des structures industrielles sous chargement quelconque  -  . Thèse de doctorat, INSA-Lyon, 99 ISAL0056 (juillet 1999).

  • (5) - SAVARD (M.) -   Étude de la sensibilité d’un pont routier aux effets dynamiques induits par la circulation routière  -  . 11e colloque sur la progression de la recherche québécoise des ouvrages d’art, université Laval, Québec...

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