Brevet FR2675577A1 — publié le 19921023

DISPOSITIF POUR L'ANALYSE MODALE EXPERIMENTALE D'UNE STRUCTURE. La présente invention concerne un dispositif pour l'analyse modale expérimentale d'une structure. D'une manière générale, on sait que l'analyse modale expérimentale est une méthode d'essai dynamique consistant à soumettre la structure à analyser à différents types d'excitation et à effectuer des mesures par exemple de type accélérométrique en vue de déterminer des caractéristiques propres à cette structure, telles que sa fréquence propre, ses propriétés d'amortissement, ses déformées modales, et ce, de manière à pouvoir créer un modèle mathématique du comportement dynamique de la structure à partir du résultat des mesures. Les méthodes modernes d'analyse modale expérimentale font appel à des systèmes informatiques permettant de s'af franchir de l'appropriation de l'excitation, de sorte que la structure peut, en conséquence, être excitée de façon aléatoire continue ou transitoire, en un ou plusieurs points ou même globalement par les ancrages, la structure étant fixée sur le plateau d'un générateur de vibrations classique, par exemple de type électromagnétique. L'invention concerne plus particulièrement la méthode d'analyse modale dans laquelle l'excitation s'effectue par les ancrages et qui est particulièrement avantageuse du fait que la structure est sollicitée avec des niveaux et des conditions aux limites représentatives des conditions d'utilisation. D'une façon plus précise, selon cette méthode, la structure à analyser est posée sur une table vibrante et est équipée de n capteurs, par exemple des accéléromètres piézoélectriques, destinés à détecter les mouvements de n points respectifs de cette structure qui résultent des vibrations engendrées par la table. Les résultats des mesures effectuées par les capteurs sont traités par un calculateur dont le logiciel est conçu de manière à déterminer les transmittances entre les réponses de chacun de ces capteurs et l'état vibratoire de la table mesuré par un capteur de référence placé sur le plateau de la table. Ces transmittances sont exprimées sous la forme de fonctions complexes de la pulsation . Bien entendu, la compréhension du comportement de la structure et sa modélisation implique une détermination des masses effectives de cette structure et donc la connaissance de la force totale exercée sur la structure par la table vibrante. Pour déterminer cette force totale, on a proposé d'utiliser la mesure du courant circulant dans la bobine qui constitue l'élément moteur de l'excitateur, en partant du principe que la force exercée est proportionnelle à ce courant. Il s'avère que cette méthode présente de gros inconvénients - elle n'est applicable qu'aux excitateurs électrodyna miques - en général, la relation force-courant n'est pas linéaire, en particulier au voisinage des résonnances de la bobine - une part importante de la force développée dans la bobine sert à déplacer la partie mobile de l'excitateur, ce qui nécessite de corriger la valeur mesurée du courant de bobine, excitateur chargé par la structure, avec la valeur du courant de bobine, excita teur à vide, étant entendu que lorsque la masse de la structure est faible devant la masse de la partie mobile de l'excitateur, ce type de mesure n'est pas significatif. L'invention a plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose un dispositif du type dans lequel la structure à étudier est montée sur une pièce de support rigidement reliée à l'équipage mobile d'un excitateur, par l'intermédiaire d'au moins un élément de liaison rigide indéformable. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que l'élément de liaison comprend un organe de transmission d'effort constitué par un transducteur apte à fournir un signal représentatif de la force transmise à l'ensemble pièce de support/structure par l'équipage mobile de l'excitateur. Avantageusement, le susdit transducteur consiste en une céramique piézoélectrique dans laquelle des charges sont engendrées sous l'effet des efforts de transmission. Cette céramique est connectée à un circuit électronique qui effectue un traitement de ces charges de la même manière que s'il s'agissait d'un signal accélérométrique. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif pour l'analyse modale d'une structure La figure 2 est une vue en coupe d'un disposi tif d'ancrage du plateau de support de la structure à analyser sur l'équipage mobile d'un excitateur. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la structure à analyser a été représentée schématiquement sous la forme d'un bloc rectangulaire 1 sur lequel sont disposés des accéléromètres de mesure A1, A2, A3 reliés à un circuit électronique de traitement 4. La structure 1 est fixée par des moyens non représentés, sur un plateau rigide 5 portant lui-même un accéléromètre pilote A4. Le plateau 5 est lui-même fixé sur l'équipage mobile M d'un excitateur E par l'intermédiaire d'une pluralité de dispositifs d'ancrage 6 dont deux seulement ont été représentés. Comme ceci est plus particulièrement visible sur la figure 2, chacun de ces dispositifs d'ancrage 6 fait intervenir - une vis 7 traversant le plateau 5 grâce à un perçage 8 et venant se visser dans un trou taraudé 9 de l'équipage M, la tête 10 de cette vis 7 venant en appui dans le fond 11 d'un lamage 12 réalisé au niveau de l'orifice supérieur du perçage 8 - un empilage de rondelles disposées autour de la vis 7 entre le plateau 5 et l'équipage mobile M, cet empilage comprenant deux rondelles transductrices Rî, R2, une rondelle d'appui RA conformée de manière à jouer le rôle d'un répartiteur de contraintes et deux rondelles isolantes RI pour isoler électriquement la rondelle R du plateau 5 et la rondelle R2 de la rondelle RA. Le serrage de la vis 7 est réalisé de manière à ce que les rondelles transductrices R1, R2 soient soumises à une précontrainte déterminée. En effet, il convient de faire en sorte que la liaison entre l'équipage mobile M et le plateau 5 soit aussi rigide que possible et sans jeu, de manière à ce que cette liaison ne puisse pas être le siège de phénomènes de résonnance. Par ailleurs, cette précontrainte s'avère nécessaire pour éviter le décollement du plateau 5 lors de la mise en vibrations. Les faces adjacentes des rondelles R1, R2 sont électriquement connectées l'une à l'autre et à un premier conducteur de liaison C1 tandis que les deux faces opposées des céramiques sont connectées à un deuxième conducteur de liaison C2, les deux conducteurs étant raccordés au circuit électronique de traitement 4. Les rondelles transductrices R1, R2 peuvent être avantageusement réalisées en céramique piézoélectrique, en quartz, en matière organique piézoélectrique, ou tout autre matériau piézoélectrique présentant la rigidité requise. Ces rondelles R1, R2 peuvent être utilisées à raison de une par dispositif d'ancrage ou même de plu sieurs rondelles, empilées les unes sur les autres (le nombre pouvant excéder 2). Bien entendu, la raideur kv des boulons 7 et la raideur kc de l'élément piézoélectrique (rondelle(s) transductrice(s) R1, R2) interviennent dans la détermination de la force appliquée F sur l'ensemble plateau/structure, cette force appliquée F ayant pour expression expression dans laquelle Fm est la force mesurée par les éléments piézoélectriques (rondelles RI, R2). Bien entendu, pour tenir compte des raideurs kc et kv, il conviendra d'étalonner le système lors de la première mise en oeuvre. Par ailleurs, il est clair qu'en retranchant à la force F appliquée au plateau 5, la force Fi nécessaire pour communiquer l'accélération du plateau détectée par le capteur accélérométrique A4, le calculateur obtient directement la force FS appliquée à la structure. Ce système permet donc de fournir un signal linéaire directement proportionnel à la force injectée dans la structure. I1 est utilisable même pour des structures de faible masse. En outre, le signal électrique fourni par les transducteurs est de même nature que celui fourni par un accéléromètre piézoélectrique et est donc immédiatement utilisable sur les installations existantes. Dans l'exemple représenté figure 1, l'excitateur E est de type électromagnétique et comprend une bobine qui constitue avec sa carcasse l'équipage mobile M. Cette bobine est placée dans l'entrefer d'un circuit magnétique schématiquement représenté en traits interrompus sous la forme d'une armature de section en forme de E. L'excitation de la bobine est assurée au moyen d'un générateur de courant à fréquence variable associé au calculateur. L'avantage de ce type d'excitateurs, consiste en ce qu'il permet d'effectuer des essais à plusieurs niveaux d'amplitude dans des conditions réelles d'environnement de la structure, avec une quantité d'énergie adaptée. En outre, celle solution permet de s'affranchir des problèmes de bande passante et d'extrapoler la réponse à tout spectre d'entrée. Revendications 1. Dispositif pour l'analyse modale expérimentale d'une structure à étudier, dispositif selon lequel la structure (1) est montée sur une pièce de support (5) rigidement reliée à l'équipage mobile (M) d'un excitateur (E) par l'intermédiaire d'au moins un élément de liaison rigide indéformable (6), caractérisé en ce que l'élément de liaison (6) comprend un organe de transmission d'effort constitué par un transducteur (R1, R2) apte à fournir un signal représentatif de la force transmise à l'ensemble pièce de support (5)/structure (1), par l'équipage mobile (M) de l'excitateur (E). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit transducteur comprend au moins un élément piézoélectrique (R1, R2), connecté à un circuit électronique de traitement (4) similaire à un circuit de traitement d'un signal émis par un capteur accélérométrique. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le susdit élément piézoélectrique (R1, R2) est serré avec une précontrainte déterminée entre ladite pièce de support (5) et ledit équipage mobile (M). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur accélérométrique supplémentaire (A4) disposé sur la pièce de support (5), ce capteur (A4) servant à déterminer la valeur de l'effort (Fi) nécessaire pour communiquer à cette piece (5) l'accélération mesurée, cette valeur (Fi) étant ensuite retranchée à la force (F) appliquée à la pièce (5) pour obtenir la force (Fs) appliquée à la structure (1). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit transducteur comprend au moins une rondelle (R1, R2) en matériau piézoélectrique, au travers de laquelle passe une vis (7) de serrage de la pièce de support (5) sur l'équipage mobile (M). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite matière piézoélectrique est une céramique piézoélectrique, du quartz, ou bien une matière organique piézoélectrique.