Analyse modale et fatigue vibratoire

La fatigue vibratoire

Nombreux systèmes industriels sont soumis à de fortes sollicitations vibratoires susceptibles de dégrader prématurément le cycle de fonctionnement du produit. La coïncidence entre une excitation dynamique et la réponse modale du système peut générer des dommages considérables sur la structure. Ces sollicitations excitées à des fréquences de résonance mettent en mouvement les masses d’une structure et provoquent des déformations localisées ou réparties dans la structure. Sous l’effet d’une répétition cyclique des vibrations, l’inertie de ces masses entraîne de nouvelles déformations par propagation dans la structure et peut conduire à la casse des pièces du système par fatigue vibratoire.

Analyse numérique vibratoire et simulation de fatigue vibratoire

Depuis 6 ans, nous avons développé à EC2 une expertise forte en étude de structures vibrantes à travers la réalisation d’analyses modales et spectrales dynamiques. Nous simulons également le comportement de structures soumises à des sollicitations de fatigue vibratoire en accord avec les spécifications et normes en vigueur. A titre d’exemple, nous réalisons des études sismiques dont les spectres vibratoires normatifs appliqués aux structures sont issus de l’Eurocode 8.

Nous utilisons les méthodes de simulation numérique par éléments finis afin de reproduire les modes de défaillance constatés sur les pièces (casses, fissures). Les vibrations aléatoires appliquées aux systèmes, qui résultent d’un transport ferroviaire ou terrestre par exemple, sont simulées en accord avec les réglementations IEC 61373 et ASTM D4728. Les spectres vibratoires normatifs requièrent de réaliser une analyse spectrale dynamique de manière à considérer le caractère aléatoire des fréquences d’occurrence des vibrations. L’approche utilisée se base sur des méthodologies de répartition statistique des cycles.

Estimation de la durée de vie du système soumis à de la fatigue vibratoire

A l’issue des simulations spectrales dynamiques, nous sommes en mesure d’apporter les expertises suivantes :

• Estimation de durées de vie en zone courante et au niveau des soudures,
• Calcul de l'endommagement,
• Détermination des zones d'apparition de fissures et directions de propagation.

Diagnostic vibratoire

A partir de mesures expérimentales sur site ou sur table vibrante, nous établissons notre diagnostic vibratoire et procédons au recalage essai/simulation du modèle de calcul en termes de déformées modales. Nous pouvons ensuite nous appuyer sur ce modèle pour tester des évolutions de conception du système permettant de résoudre le problème vibratoire. Les pistes d'amélioration ainsi envisagées sont validées dans un second temps par simulation numérique, en conservant les hypothèses de modélisation précédemment calibrées.

Suivi d’essais

Nous pouvons vous apporter notre expertise sur le type et le positionnement de capteurs de mesure (accéléromètres, jauges de déformations, capteurs d’efforts…) et assurer le suivi des essais.