FR2675577A1 - Device for experimental modal analysis of a structure - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF POUR L'ANALYSE MODALE EXPERIMENTALE D'UNE
STRUCTURE.DEVICE FOR THE EXPERIMENTAL MODAL ANALYSIS OF A
STRUCTURE.
La présente invention concerne un dispositif pour l'analyse modale expérimentale d'une structure.The present invention relates to a device for the experimental modal analysis of a 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.In general, we know that experimental modal analysis is a dynamic test method consisting in subjecting the structure to be analyzed to different types of excitation and in carrying out measurements, for example of the accelerometric type, in order to determine characteristics. specific to this structure, such as its natural frequency, its damping properties, its modal deformations, and this, so as to be able to create a mathematical model of the dynamic behavior of the structure from the result of the measurements.
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. Modern methods of experimental modal analysis make use of computer systems which make it possible to overcome the appropriation of the excitation, so that the structure can, consequently, be excited in a continuous or transient random fashion, in a or several points or even globally by the anchors, the structure being fixed on the plate of a conventional vibration generator, for example of the electromagnetic type.
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.The invention relates more particularly to the modal analysis method in which the excitation is carried out by the anchors and which is particularly advantageous because the structure is stressed with levels and boundary conditions representative of the conditions of use.
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.More precisely, according to this method, the structure to be analyzed is placed on a vibrating table and is equipped with n sensors, for example piezoelectric accelerometers, intended to detect the movements of n respective points of this structure which result from vibrations. generated by the 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.The results of the measurements made by the sensors are processed by a computer, the software of which is designed so as to determine the transmittances between the responses of each of these sensors and the vibratory state of the table measured by a reference sensor placed on the platform. of the table.
Ces transmittances sont exprimées sous la forme de fonctions complexes de la pulsation . These transmittances are expressed as complex functions of the pulse.
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.Of course, understanding the behavior of the structure and its modeling implies determining the effective masses of this structure and therefore knowing the total force exerted on the structure by the vibrating table.
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.To determine this total force, it has been proposed to use the measurement of the current flowing in the coil which constitutes the driving element of the exciter, starting from the principle that the force exerted is proportional to this current.
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.It turns out that this method has major disadvantages - it is only applicable to electrodyna exciters
mics - in general, the force-current relationship is not
linear, in particular in the vicinity of the resonances
of the coil - a significant part of the force developed in the
reel used to move the moving part of
the exciter, which requires correcting the value
measured coil current, exciter charged by the
structure, with the value of the coil current, excited
vacuum, it being understood that when the mass of the
structure is weak compared to the mass of the part
mobile of the exciter, this type of measurement is not
significant.
L'invention a plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients.The invention more particularly aims to eliminate these drawbacks.
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.It proposes a device of the type in which the structure to be studied is mounted on a support piece rigidly connected to the mobile assembly of an exciter, by means of at least one non-deformable rigid connection element.
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.According to the invention, this device is characterized in that the connecting element comprises a force transmission member constituted by a transducer capable of providing a signal representative of the force transmitted to the support part / structure assembly by the mobile equipment of the exciter.
Avantageusement, le susdit transducteur consiste en une céramique piézoélectrique dans laquelle des charges sont engendrées sous l'effet des efforts de transmission.Advantageously, the above transducer consists of a piezoelectric ceramic in which charges are generated under the effect of the transmission forces.
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.This ceramic is connected to an electronic circuit which processes these charges in the same way as if it were an accelerometric signal.
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.An embodiment of the invention will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which
Figure 1 is a schematic representation
of a device for modal analysis of a
structure
Figure 2 is a sectional view of a device
anchor point of the support plate of the
structure to be analyzed on the mobile equipment of a
exciter.
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.In the example shown in FIG. 1, the structure to be analyzed has been represented schematically in the form of a rectangular block 1 on which are arranged measurement accelerometers A1, A2, A3 connected to an electronic processing circuit 4.
La structure 1 est fixée par des moyens non représentés, sur un plateau rigide 5 portant lui-même un accéléromètre pilote A4.The structure 1 is fixed by means not shown, on a rigid plate 5 itself carrying a pilot accelerometer 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.The plate 5 is itself fixed to the movable assembly M of an exciter E via a plurality of anchoring devices 6 of which only two have been shown.
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.As is more particularly visible in FIG. 2, each of these anchoring devices 6 involves - a screw 7 passing through the plate 5 by means of a bore 8
and coming to screw in a tapped hole 9 of
the crew M, the head 10 of this screw 7 coming to bear
in the bottom 11 of a counterbore 12 produced at
the upper hole of the hole 8 - a stack of washers arranged around the screw 7
between the plate 5 and the mobile assembly M, this stacking
comprising two transducer washers Rî, R2, one
RA support washer shaped so as to play the
role of a stress distributor and two washers
insulators RI to electrically isolate the washer R
of plate 5 and washer R2 of washer 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.The tightening of the screw 7 is carried out so that the transducing washers R1, R2 are subjected to a determined prestress.
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.In fact, it is necessary to ensure that the connection between the movable assembly M and the plate 5 is as rigid as possible and without play, so that this connection cannot be the seat of resonance phenomena.
Par ailleurs, cette précontrainte s'avère nécessaire pour éviter le décollement du plateau 5 lors de la mise en vibrations. Furthermore, this prestressing proves necessary to avoid detachment of the plate 5 during the vibration setting.
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.The adjacent faces of the washers R1, R2 are electrically connected to each other and to a first connecting conductor C1 while the two opposite faces of the ceramics are connected to a second connecting conductor C2, the two conductors being connected to the electronic processing circuit 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).The transducer washers R1, R2 can advantageously be made of piezoelectric ceramic, quartz, piezoelectric organic material, or any other piezoelectric material having the required rigidity. These washers R1, R2 can be used at the rate of one per anchoring device or even of several washers, stacked on one another (the number may exceed 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).Of course, the stiffness kv of the bolts 7 and the stiffness kc of the piezoelectric element (transducer washer (s) R1, R2) are involved in determining the force applied F on the plate / structure assembly, this force applied F having as expression
expression in which Fm is the force measured by the piezoelectric elements (washers 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.Of course, to take account of the stiffness kc and kv, it will be necessary to calibrate the system during the first implementation.
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.Furthermore, it is clear that by subtracting from the force F applied to the plate 5, the force Fi necessary to communicate the acceleration of the plate detected by the accelerometric sensor A4, the computer directly obtains the force FS applied to the structure.
Ce système permet donc de fournir un signal linéaire directement proportionnel à la force injectée dans la structure.This system therefore makes it possible to provide a linear signal directly proportional to the force injected into the structure.
I1 est utilisable même pour des structures de faible masse. It can be used even for low mass structures.
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. In addition, the electrical signal supplied by the transducers is of the same nature as that supplied by a piezoelectric accelerometer and is therefore immediately usable on existing installations.
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. In the example shown in FIG. 1, the exciter E is of the electromagnetic type and comprises a coil which, with its carcass, constitutes the mobile assembly M. This coil is placed in the air gap of a magnetic circuit schematically represented in broken lines under the shape of an E-shaped section reinforcement
L'excitation de la bobine est assurée au moyen d'un générateur de courant à fréquence variable associé au calculateur.The coil is energized by means of a variable frequency current generator associated with the computer.
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. The advantage of this type of exciters is that it makes it possible to carry out tests at several levels of amplitude under real conditions of the environment of the structure, with a suitable quantity of energy. In addition, this solution eliminates bandwidth problems and extrapolates the response to any input spectrum.
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1991
- 1991-04-22 FR FR9105425A patent/FR2675577B1/en not_active Expired - Fee Related
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