# Mise en place d'une méthodologie de prédiction d'endurance sous chargements aléatoires acoustiques

Alexandre Bedos, Dominique Tougard

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Alexandre Bedos, Dominique Tougard. Mise en place d'une méthodologie de prédiction d'endurance sous chargements aléatoires acoustiques. 12e Colloque national en calcul des structures, CSMA, May 2015, Giens, France. hal-01517296

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Submitted on 3 May 2017

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# Mise en place d'une méthodologie de prédiction d'endurance sous chargements aléatoires acoustiques

A. Bedos<fnref n="1" />, D. Tougard<fnref n="2" />

**Résumé** — Le développement de nouvelles architectures d'aéronefs (soutes d'armement, empennages en U) a soulevé le besoin de se doter de critères de dimensionnement pour les phénomènes de fatigue acoustique qui ne sont pas pris en compte par une approche plus classique. La démarche adoptée est présentée ici.

**Mots clés** — Fatigue polycyclique, acoustique, dynamique, vibrations

## 1. Introduction générale

Les aéronefs de combat aux contraintes de furtivité élevées nécessitent la mise en place de soutes dédiées à l'emport d'armements afin que ces derniers ne modifient pas la géométrie extérieure de l'appareil, comme c'est le cas pour des architectures utilisées à l'heure actuelle. L'environnement aéro-acoustique régnant dans ces soutes lors de leur ouverture à des vitesses situées entre Mach 0.6 et 0.9 génère un chargement large bande, aléatoire et sévère sur la structure.

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La réponse dynamique de la structure à cette sollicitation est principalement pilotée par ses modes propres qui répondent simultanément à des niveaux aléatoires également, ce qui a deux conséquences majeures sur l'état de contrainte en tous points de la structure :

- Les niveaux de contrainte fluctuent de façon aléatoire

- Le repère principal du tenseur des contraintes tourne au cours du temps

S'ajoute à cela la fréquence élevée des modes (typiquement > 50 Hz) qui rendent la structure sensible à la fatigue même générée par de faibles niveaux de contrainte. Le phénomène est typique d'un problème de fatigue polycyclique (> $10^6$ cycles) sous chargement multiaxial aléatoire.

Ce type de problème est mal pris en compte par les approches classiques de fatigue développées en interne chez Dassault Aviation dont le cadre se restreint aux problèmes de

<footnote n="1">¹ Dassault Aviation, Saint-Cloud, alexandre.bedos@dassault-aviation.com</footnote>

<footnote n="2">² Dassault Aviation, Saint-Cloud, dominique.tougard@dassault-aviation.com</footnote>
fatigue oligocyclique sous chargement connu et avec l'hypothèse d'un repère principal du
tenseur des contraintes fixe.

2. **Problématique**

Avec le soutien de la Direction Générale de l'Armement (DGA) des travaux sont menés afin
de mettre en place une méthodologie permettant de prévoir l'endurance d'une structure
soumise à un chargement multiaxial aléatoire. Son développement se déroule en deux étapes :

1. essais sur éprouvettes élémentaires testées sur pot vibrant sous chargement aléatoire simulé et contrôlé (contenu fréquentiel, niveau,...) afin de déduire des courbes de fatigue S<sub>RMS</sub>/N. La réponse dynamique de l'éprouvette est mono-modale.

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2. essais d'endurance sur une structure représentative aéronef testée dans un environnement acoustique représentatif des cas rencontrés en vol. Cet essai se déroule en chambre réverbérante.

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L'objectif est de créer un lien entre les outils de calcul d'endurance utilisés à l'heure actuelle chez Dassault Aviation, qui nécessitent l'utilisation de chargements connus, et des outils de prédiction d'endurance sous chargement multiaxial et aléatoire qui adoptent majoritairement une approche fréquentielle.

Le but de la présentation est de faire une synthèse des travaux en cours dans ce domaine chez Dassault Aviation, d'en présenter le contexte, les attendus et les principaux résultats déjà acquis, ainsi que d'en souligner les perspectives et les développements futurs.

## 3. Références bibliographiques

### Références

[1] BRITE/EURAM AREA 5 AERONAUTICS. Final Report. ACOUFAT. Acoustic Fatigue and Related Damage Tolerance of Advanced Composite and Metallic Structures. Contract number AERO 0025 C. Proposal number 1079. (Sept 1990- Feb. 1993). D. Tougard (Dassault Aviation).

- Dassault Aviation, with IST - Lisboa,

- ONERA,

- British Aerospace Defence Limited,

- ISVR - Southampton, SAAB,

- Dornier Luftfahrt GmbH, DASA (MBB), Industrieanlagen Betriebsgesellschaft mbH,

- Fokker,

- NLR,

- SABCA,

- Katholieke Universiteit Leuven.

[2] ESDU 72015 - Endurance of aluminium alloy structural elements subjected to simulated acoustic loading.

[3] ESDU 73014 - The estimation of r.m.s. stress in skin panels with flexible stiffeners subjected to random acoustic loading.

[4] Pitoiset X., "Méthodes spectralespour une analyse en fatigue des structures métalliques sous chargements aléatoires multiaxiaux", Thèse de Doctorat, Université Libre de Bruxelles, 2001.

[5] Lambert S., « Contribution à l'analyse de l'endommagement par fatigue et au dimensionnement de structures soumises à des vibrations aléatoires », Thèse de Doctorat, INSA de Rouen, 2007.

[6] Dans Van K., « Macro-micro approach in high-cycle multiaxial fatigue », ASTM, vol. 1191, p.120, 1993.