Analyse modale expérimentale

Les methodes d’analyse modale sont des methodes d’investigation relativement recentes, qui ont ete mises en œuvre pour etablir et (ou) ameliorer la connaissance du modele dynamique des structures reelles. En effet, les para-metres significatifs permettant de representer le comportement dynamique d’une structure lineaire quelle que soit sa complexite sont « concentres » dans un nombre de parametres modaux reduits : frequences propres, amortissements et formes propres associes. Le comportement dynamique de la structure sous des conditions d’excitation particulieres en l’absence de toute modelisation ne requiert que la seule connaissance de ces parametres. C’est la raison pour laquelle l’analyse modale experimentale est devenue grâce aux progres de l’informatique et de l’instrumentation, une methode privilegiee d’investigation dans le domaine de la dynamique des structures EWINS (D.) - Modal testing : theory and practice . Les premiers instigateurs de cette technique ont ete les avionneurs qui etaient confrontes au probleme crucial de « flottement » des avions. Ce phenomene du au couplage aeroelastique entre l’air et la structure de l’avion provoque a certaines vitesses un phenomene de vibrations autoexcitees pouvant causer la destruction de l’appareil. Il peut etre prevu si l’on connait les caracteristiques dynamiques de la structure, a savoir : vecteurs propres, frequences propres et amortissements generalises, masses generalisees (masses modales). Les premieres methodes developpees dans les annees 1950-60 ont ete les methodes d’appropriation modale qui consistaient a appliquer a la structure un ensemble de forces excitatrices harmoniques convenablement reparties en amplitude et en phase, donnant une reponse de la structure proportionnelle a un mode propre du systeme conservatif associe. Ces methodes, toujours utilisees, ont l’avantage d’etre tres fiables, car l’experimentateur « voit » le mode identifie, la qualite de l’appropriation pouvant etre qualifiee grâce au critere de phase. Cependant, elles sont tres lourdes a mettre en œuvre et necessitent des investissements importants. La recherche constante de l’amelioration de la qualite dans tous les domaines ou intervient la mecanique a conduit les concepteurs a utiliser l’analyse modale experimentale comme un outil privilegie pour acceder a une meilleure connaissance du comportement dynamique des structures. C’est pourquoi ces tech-niques ont largement depasse le cadre de l’aeronautique pour s’interesser aux structures dans le domaine du transport (vehicules automobiles, ferroviaires, bateaux.), aux ouvrages de genie civil (ponts, tours aerorefrigerantes, massifs de groupe.) et plus generalement a tous les materiels susceptibles d’etre soumis a une ambiance vibratoire severe. Toute une methodologie s’est ainsi developpee en aval de l’analyse modale concernant par exemple la sous-structuration dyna-mique ou le recalage des modeles de calcul par elements finis par rapport a la structure reelle. Du point de vue theorique, les methodes d’analyse modale sont basees sur une representation du comportement dynamique des structures par des systemes discrets, l’hypothese la plus couramment adoptee pour representer les dissipations etant celle d’un amortissement visqueux. Il est par consequent fondamental de bien maitriser les notions se rattachant a la dynamique des systemes discrets, en particulier celles concernant les modes propres complexes des systemes dissipatifs et leurs liens avec ceux du systeme conservatif associe. Les methodes d’analyse modale se divisent en deux grandes familles : les methodes operant dans le domaine temporel et celles operant dans le domaine frequentiel . On donne dans ce document les notions indispensables a la comprehension des systemes discrets, puis on decrit quelques methodes de base utilisees en analyse modale experimentale.