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Auteur(s)
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Alain GIRARD : Expert technique de la division Études et Recherche d’INTESPACE - Professeur vacataire à l’École nationale supérieure de l’aéronautique et de l’espace et à l’École nationale supérieure d’ingénieurs de constructions aéronautiques
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les structures se rencontrent dans tous les domaines : ce sont elles qui assurent une fonction de support pour des objets de toutes natures. Ainsi, un mât, un pont, un bâtiment, une caisse de voiture, un fuselage d’avion…, sont des structures plus ou moins complexes, dont la première mission est de résister à l’environnement.
Si l’environnement est statique, c’est-à-dire ne dépendant pas du temps, comme la gravité ou une pression constante, il s’agit de vérifier que les contraintes restent dans les limites admissibles par les matériaux.
Si l’environnement dépend du temps, il faut d’abord étudier le mouvement qui en résulte. Ce comportement dynamique peut, par amplification, donner lieu à des niveaux bien supérieurs à ceux du comportement statique. Il importe donc de maîtriser la prévision de ces phénomènes pour comprendre, remédier, optimiser : c’est l’objet de la dynamique des structures.
La prévision peut reposer sur deux types d’activités : l’analyse et l’expérimentation. Négliger l’un au profit de l’autre est dangereux : l’analyse seule n’est pas suffisamment fiable, l’expérimentation seule ne donne pas une vue complète de la situation. Aussi, ces deux mondes doivent-ils être parfaitement imbriqués dans le développement d’une structure.
Cet article est une introduction aux techniques d’analyse et d’essai en dynamique des structures. Des généralités sur les techniques d’analyse seront d’abord présentées pour poser le problème et parler de sa résolution. La formulation est ensuite développée, tout en restant limitée au profit des résultats pratiques et en insistant sur la compréhension physique des phénomènes. Enfin, les techniques expérimentales sont abordées, en relation avec l’analyse.
Pour plus de détails, on se reportera aux références bibliographiques donnant quelques ouvrages ou publications de base et, notamment, à la référence qui donne une vue d’ensemble sur le sujet.
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3. Techniques expérimentales
3.1 Généralités
3.1.1 Essais dans le plan de développement d’une structure
Malgré la diversité des pratiques pour la réalisation des structures, on peut dégager quelques lignes communes. Ainsi, le plan de développement d’une structure donnée fait plus ou moins apparaître les étapes suivantes où s’enchevêtrent les activités d’analyse et d’essais.
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Conception d’après le cahier des charges. Des données concernant l’environnement que doit supporter la structure, on déduit des spécifications permettant une première définition de la structure par des calculs préliminaires de dimensionnement.
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De cette première définition, on réalise un modèle de développement destiné à vérifier les modèles mathématiques mis en œuvre : l’identification des caractéristiques de la structure permet d’ajuster les modèles pour les rendre plus représentatifs de la réalité.
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Ces modèles mathématiques recalés sont alors utilisés pour faire une analyse détaillée du comportement de la structure soumise à son environnement et, si celui-ci est influencé par la structure, faire évoluer les spécifications. Diverses itérations peuvent être nécessaires à ce niveau avant d’aboutir à une configuration figée.
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On réalise alors un modèle prototype de la structure finale que l’on vérifie par des essais de simulation d’environnement, à des fins de qualification. Une partie de ces essais seront reconduits, éventuellement à des niveaux moindres, sur la structure finale, à des fins de réception et de déverminage.
On voit donc apparaître deux types d’essai : des essais d’identification pour caractériser la structure et des essais de simulation pour la qualifier ou la réceptionner. En ce qui concerne l’environnement dynamique, la pratique courante est la suivante.
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Identification : par essai modal, dont l’objectif est de déterminer expérimentalement des modes propres de la structure qui constituent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BATHE (K. J.), WILSON (E. L.) - Numerical methods in finite element analysis. - Prentice Hall (1976).
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(2) - BATOZ (J. L.), DHATT (G.) - Modélisation des structures par éléments finis. - Hermès (1990).
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(3) - CRAIG (R. R.) - Structural dynamics. - John Wiley and Sons (1981).
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(4) - CRANDALL (S. H.), MARK (W. D.) - Random vibration in mechanical systems. - Academic Press (1963).
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(5) - EWINS (D.J.) - Modal testing : theory and practice. - Research Studies Press (1984).
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(6) - GIRARD (A.) - Identification dynamique des structures : les essais d’analyse modale. - N.T. CNES No 77, nov. 1977.
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