FR2965352A1 - Procede de detection de robustesse en vibration d'un equipement - Google Patents
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Abstract
Un procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement comporte les étapes suivantes : - détermination d'un premier jeu de profils vibratoires, choisis parmi un ensemble de profils vibratoires issus de spécifications ; - détermination d'un second jeu de profils vibratoires à partir dudit premier jeu de profils vibratoires en traduisant le premier jeu de profils vibratoires en spectres de dommage en fatigue, puis en définissant ledit second jeu de profils vibratoires équivalents en dommage en fatigue audit premier jeu de profils vibratoires en utilisant les bandes de fréquences de séparation des spectres de dommage en fatigue ; et - application dudit second jeu de profils vibratoires à l'équipement pour détecter la robustesse dudit équipement Utilisation notamment pour un équipement destiné à un aéronef.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de détection de robustesse en vibration d'un équipement. De manière générale, la présente invention concerne le domaine des tests de robustesse des équipements qui sont embarqués, notamment dans le domaine de l'aéronautique.
Un équipement peut être soumis à des agressions environnementales sévères et diverses comme des variations de température, la foudre mais également des vibrations. Un exemple d'un tel équipement peut être constitué par des cartes électroniques encastrées dans un boîtier mécanique, les cartes électroniques communiquant avec d'autres équipements via des interfaces. Exposés aux vibrations, les équipements voient leur fiabilité d'ensemble réduite. Afin de concevoir un équipement, il est important de connaître précisément la robustesse dudit équipement en vibrations, au plus tôt en phase 20 de conception. Il est alors d'usage de procéder à des essais vibratoires non seulement pour satisfaire des spécifications contractuelles ou normatives, mais également à des essais vibratoires dits aggravés pour connaître les limites physiques et/ou fonctionnelles de l'équipement. On procède à ces essais 25 vibratoires sur un prototype fonctionnel, c'est-à-dire un prototype en état de fonctionnement électrique, électronique et logiciel. L'art antérieur connaît, par la méthodologie HALT (« Highly Accelerated Life Test» en anglais), un ensemble de méthodes permettant de réaliser des essais vibratoires dits aggravés. Cette méthodologie est utilisée 30 dans des industries diverses, par exemple les industries aéronautique, nucléaire, ferroviaire ou automobile.
Dans le domaine des vibrations, la méthodologie HALT consiste à travailler sur les trois axes (X, Y, Z) de l'espace, en appliquant des niveaux de vibration constants sur des durées de l'ordre de 10 minutes. Dans le cadre de cette méthodologie, lorsqu'un même niveau a été appliqué sur les trois axes (X, Y, Z), l'utilisateur utilise à nouveau, de la même façon, le même profil de vibrations avec un niveau supérieur et recommence ainsi jusqu'à atteindre la limite physique ou fonctionnelle de l'équipement. Dans le cadre de la présente invention, on définit un profil de vibration comme étant une représentation comportant en abscisse la fréquence et en ordonnée une accélération ou une densité spectrale de fréquence. Ainsi, en termes d'unités, le profil de vibration est soit en g, soit en g2 / Hz. Dans le cadre de l'invention, un niveau de vibration correspond à l'amplitude du spectre de fréquence de ladite vibration. Dans le cadre de la présente invention, l'allure définit la forme du profil ou la forme du spectre Dans le contexte de la présente invention, une sollicitation temporelle est généralement un choc (accélération exprimée en g en fonction du temps). Les essais vibratoires dits aggravés existent depuis de nombreuses années mais les procédures appliquées restent simplistes.
La méthodologie dite HALT est aujourd'hui largement utilisée, mais reste généraliste et offre une vision générique. En particulier, cette méthodologie de l'art antérieur ne tient pas compte de la spécificité de l'environnement vibratoire de l'équipement, alors que les concepteurs d'équipements ont besoin de connaître précisément cet environnement vibratoire afin d'optimiser la conception de leurs équipements. La présente invention vise notamment à proposer un procédé qui permette de personnaliser des profils vibratoires de manière à mieux détecter la robustesse d'un équipement. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Détermination d'un premier jeu de profils vibratoires, choisis parmi un ensemble de profils vibratoires issus de spécifications ; - Détermination d'un second jeu de profils vibratoires à partir dudit premier jeu de profils vibratoires en traduisant le premier jeu de profils vibratoires en spectres de dommage en fatigue, puis en définissant ledit second jeu de profils vibratoires équivalent en dommage en fatigue audit premier jeu de profils vibratoires en utilisant les bandes de fréquences de séparation des spectres de dommage en fatigue ^ Application dudit second jeu de profils vibratoires à l'équipement pour détecter la robustesse dudit équipement. La présente invention améliore grandement la stratégie d'essais d'un équipement par rapport à une méthodologie classique de type HALT. La présente invention permet d'utiliser la nature physique des profils contractuels et d'établir une stratégie de test basée sur le dommage en fatigue. Puisque la présente invention propose une méthodologie sur mesure par rapport à un ensemble de profils contractuels, elle est parfaitement transposable à n'importe quel environnement vibratoire. Elle permet en outre, de diminuer les temps d'application des profils vibratoires et d'accélérer ainsi la procédure de test. Selon un mode de réalisation, la traduction du premier jeu de profils vibratoires en spectres de dommage en fatigue est effectuée en utilisant un logiciel qui utilise des caractéristiques desdits profils vibratoires : allure, amplitude, bandes de fréquences et/ou durées d'application.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte en outre les étapes suivantes : - Détermination d'au moins un jeu supplémentaire de profils vibratoires, à partir du second jeu de profils vibratoires et de niveau supérieur ; et ^ Application dudit au moins un jeu supplémentaire de profils vibratoires de niveau supérieur à l'équipement suivant les trois axes de l'espace pour détecter la robustesse de l'équipement.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier, un jeu supplémentaire de profils vibratoires de niveau supérieur est défini à partir d'un jeu supplémentaire précédent de profils vibratoires tel que la nature physique des sollicitations vibratoires, l'allure, les bandes de fréquences et les durées d'applications restent inchangées. Selon un mode de réalisation, le procédé met en oeuvre des profils vibratoires de type sinusoïdal, aléatoire ou sollicitation temporelle. Selon un mode de réalisation, ladite étape d'application dudit au moins un jeu supplémentaire de profils vibratoires à l'équipement suivant les trois axes de l'espace pour détecter la robustesse de l'équipement est effectuée suivant une chronologie : du jeu supplémentaire au jeu supplémentaire suivant. La présente invention se rapporte également à un dispositif de détection de la robustesse en vibration d'un équipement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour : - Déterminer un premier jeu de profils vibratoires, choisis parmi un ensemble de profils vibratoires issus de spécifications ; - Déterminer un second jeu de profils vibratoires à partir dudit premier jeu de profils vibratoires en traduisant le premier jeu de profils vibratoires en spectres de dommage en fatigue, puis en définissant ledit second jeu de profils vibratoires équivalents en dommage en fatigue audit premier jeu de profils vibratoires en utilisant les bandes de fréquences de séparation des spectres de dommage en fatigue; et - Appliquer ledit second jeu de profils vibratoires à l'équipement pour détecter la robustesse dudit équipement.
La présente invention se rapporte également à un dispositif de détection de la robustesse en vibration d'un équipement comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre ledit procédé. La présente invention concerne également l'utilisation du procédé pour un équipement destiné à être embarqué dans un aéronef.
On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées : - la Figure 1 illustre un exemple dune procédure d'application d'essais vibratoires ; - la Figure 2 illustre un profil vibratoire P1 ; - la Figure 3 illustre un profil vibratoire P2; - la Figure 4 représente des profils vibratoires P3 et P4 ; - la Figure 5 illustre un spectre de dommage en fatigue; - la Figure 6 représente des profils équivalents par zone ; - la Figure 7 illustre un profil équivalent par zone ; - la Figure 8 illustre un spectre de dommage en fatigue en fonction de la fréquence ; et - la Figure 9 représente un dispositif selon la présente invention. La Figure 1 représente un exemple d'un protocole d'essais vibratoires appliqués à un équipement en vue d'évaluer sa robustesse. Le terme ESS désigne des essais statiques et spécifiques. Utilisés en phase de développement, ils ont pour but de valider des fonctionnalités de l'équipement parfois sous contraintes environnementales (généralement thermiques et/ou vibrations). Il s'agit donc d'essais spécifiques, s'inspirant des essais de qualification, pour valider une conception ou un processus au plus tôt en phase de conception.
Une fois l'équipement terminé et fonctionnel, il passe sa qualification complète (Specs sur la Figure 1) grâce à des essais de qualification avec des profils vibratoires contractuels prévus par les spécifications. Ensuite, pour connaitre les limites fonctionnelles et physiques, l'équipement subit des essais aggravés (essais aux limites).
De manière générale, la présente invention propose de : - Prendre en compte l'ensemble des profils vibratoires des spécifications ; et - Construire une stratégie d'essais de qualification et d'essais aggravés basée sur le dommage en fatigue et tenant compte de la nature physique des profils contractuels.
La présente invention se rapporte à tout type d'équipement embarqué, par exemple dans l'industrie aéronautique, ferroviaire, automobile ou nucléaire. La première étape du procédé de détection consiste en la détermination d'un premier jeu J de profils vibratoires PI, P2, ..., PN. Les profils vibratoires peuvent être issus de spécifications, par exemple contractuelles et/ou normatives. Dans l'exemple qui suit, nous considérons un cas à quatre profils contractuels distincts, sachant que la méthode est transposable à N profils distincts, N étant un entier naturel strictement supérieur à un. Les profils vibratoires contractuels sont généralement très différents les uns des autres (en natures physiques, en allures, en niveaux, en fréquences et en durées d'application). Le Tableau suivant (Tableau 1) représente l'exemple à quatre profils : Profil Nature Niveaux Fréquence Durée Allure du profil physique contractuels (Hz) d'application P1 Sinus 0.5g [5,2000] 1 h Pente + Saut + Constant P2 Aléatoire 0.7g rms (*) [10,2000] 1 h Constant + pente P3 Sinus 2.2g [8,14] 20mn Constant P4 Sinus 1.1 g [14,20] 2h40 Constant Tableau 1. (*) rms signifie « root mean square », c'est-à-dire correspond à une valeur moyenne sur toute la plage de fréquence. Les Figures 2 à 4 représentent les profils vibratoires P1, P2, P3 et P4, la durée totale de la qualification étant de cinq heures par axe. La seconde étape du procédé de détection consiste en la détermination d'un second jeu No de profils vibratoires P'1, P'2, ..., P'N à partir du premier jeu J de profils vibratoires en utilisant des caractéristiques CI, C2, CN des profils PI, P2, ..., PN du premier jeu J.
Une première sous-étape de cette seconde étape consiste à traduire l'ensemble des profils PI, P2, ..., PN en une grandeur appelé spectre de dommage en fatigue (SDF). Cette traduction s'effectue à l'aide d'un logiciel spécialisé qui utilise les caractéristiques des profils (allures, niveaux, bandes de fréquence, durées d'application). Le logiciel renvoie des courbes de dommage en fatigue en fonction de la fréquence. Le résultat est représenté Figure 5 On sépare ensuite les spectres de dommage en fatigue (SDF) maximums en bande de fréquence et on les associe aux profils vibratoires générateurs, c'est-à-dire les profils prédominants pour chaque bande de fréquence. Ainsi, plus précisément, le spectre de fréquences est découpé en bandes de fréquences correspondant respectivement à des zones dans lesquelles l'un des profils vibratoires génère un spectre de dommage en fatigue maximum.
Dans notre exemple : Zone Profil Natu Bande Allure du profil générateur Nature physique de fréquence (Hz) All 1 P4 Sinus [5,14] Constant 2 P3 Sinus [14,30] Constant 3 P1 Sinus [30,200] Pente +Saut + Constant 4 P2 Aléatoire [200,2000] Constant + pente Tableau 2. Une seconde sous-étape de la seconde étape du procédé de détection consiste à construire des profils vibratoires équivalents en dommage 20 en fatigue par zone aux profils contractuels en : - utilisant les bandes de fréquences de séparation des spectres de dommage en fatigue SDF (résultats de la première sous-étape de la seconde étape du procédé selon l'invention) ; - utilisant les profils générateurs (profils contractuels existants) ; et en - considérant des temps d'application par zone, par exemple de quinze minutes. Il est entendu que cette durée n'est pas limitative. En utilisant le même logiciel que précédemment, par itération et par application par zone, les profils équivalents (en termes de nature physique de sollicitations vibratoires, d'allure, de niveaux) par zones sont définis comme illustré Figures 6 et 7. Le nombre de profils est donné par le nombre de zones issues de la superposition des courbes de spectres de dommage en fatigue (cf. Figure 5). A chaque zone correspond un profil avec une bande de fréquence, une nature physique (ici sinusoïdale ou aléatoire), une allure, des amplitudes ou niveaux, et une durée. Le profil ainsi obtenu génèrera dans cette bande de fréquence le dommage en fatigue équivalent au dommage en fatigue généré par l'ensemble de la qualification contractuelle.
La zone est ici une zone graphique. On cherche à déterminer la sollicitation qui engendre l'amplitude maximale dans chaque zone graphique. L'application pendant, par exemple, quinze minutes de ces quatre profils (une heure au total) générera le même dommage en fatigue que l'application des profils contractuels (essais de qualification - cinq heures et quarante minutes au total dans ce cas). L'ensemble de ces profils constitue le second jeu No et permet d'accélérer la procédure d'évaluation de robustesse. La troisième étape du procédé de détection consiste en la détermination d'au moins un jeu supplémentaire NI, ..., Ni, .., NN de profils vibratoires, à partir du second jeu No de profils vibratoires et de niveau supérieur. En effet, pour évaluer les limites physiques et/ou fonctionnelles d'un équipement, l'application du second jeu No ne suffit pas car il est équivalent à la qualification obtenue par le jeu J de profils vibratoires issus de spécifications.
En s'appuyant sur le second jeu No, la troisième étape du procédé de détection consiste à définir un jeu supplémentaire NI tel que : - la nature physique de sollicitations vibratoires, l'allure, les bandes de fréquences et les durées d'application restent inchangées ; et - le jeu supplémentaire NI est défini tel que SDF(Nl) =F SDF(NO) où F est un facteur incrémentai de spectre de dommage en fatigue (SDF) entre deux jeux consécutifs (F peut être constant ou variable d'un jeu supplémentaire à l'autre).
Ceci est illustré Figure 8.
En généralisant, un jeu supplémentaire suivant N;+1 est défini à partir du jeu supplémentaire précédent Ni de la même façon : SDF(Ni + 1) - Fi SDF(Ni) Pour chaque jeu supplémentaire suivant N;+1 et par zone, seule l'amplitude au niveau des spectres évolue (allures des profils et durées d'applications inchangées), c'est-à-dire augmente par rapport à l'amplitude ou niveau du jeu supplémentaire précédent.
L'utilisateur pourra régler de façon optimale le paramètre F pour une recherche fine de limites, c'est-à-dire que le paramètre F; diminue lorsque i augmente.
La quatrième étape du procédé de détection consiste en l'application des jeux supplémentaires NI, ..., Ni, .., NN de profils vibratoires à l'équipement suivant les trois axes X, Y, Z de l'espace pour détecter les limites physiques et/ou fonctionnelles de l'équipement.
Lors de cette quatrième étape, on applique successivement les jeux supplémentaires NI,....N;,....NN définis comme précédemment pour évaluer la robustesse ainsi que les limites physiques et/ou fonctionnelles.
La Figure 9 représente un exemple de dispositif selon la présente invention.
Le dispositif représenté Figure 9 comprend une interface de communication 110, un processeur 120, une mémoire volatile 130 et une mémoire non volatile 140, constituant des moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé de détection de la robustesse d'un équipement selon l'invention.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - Détermination d'un premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN), choisis parmi un ensemble de profils vibratoires issus de spécifications ; - Détermination d'un second jeu (No) de profils vibratoires (P'1, P'2, P'N) à partir dudit premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, PN) en traduisant le premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) en spectres de dommage en fatigue (SDF), puis en définissant ledit second jeu (No) de profils vibratoires (P'1, P'2, ..., P'N) équivalents en dommage en fatigue audit premier jeu de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) en utilisant des bandes de fréquences de séparation des spectres de dommage en fatigue (SDF) ; et - Application dudit second jeu (No) de profils vibratoires (P'1, P'2, ..., P'N) à l'équipement pour détecter la robustesse dudit équipement.
- 2. Procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement (E) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la traduction du premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) en spectres de dommage en fatigue (SDF) est effectuée en utilisant un logiciel qui utilise des caractéristiques desdits profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) allure, amplitude, bandes de fréquences et/ou durées d'application.
- 3. Procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement (E) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes : - Détermination d'au moins un jeu supplémentaire (NI, ..., Ni, .., NN) de profils vibratoires, à partir du second jeu (No) de profils vibratoires et de niveau supérieur ; et- Application dudit au moins un jeu supplémentaire (NI, ..., Ni, .., NN) de profils vibratoires de niveau supérieur à l'équipement suivant les trois axes (X, Y, Z) de l'espace pour détecter la robustesse de l'équipement.
- 4. Procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le au moins un jeu supplémentaire (Ni) de profils vibratoires de niveau supérieur est défini à partir du jeu supplémentaire précédent (N;_I) de profils vibratoires tel que la nature physique des sollicitations vibratoires, l'allure, les bandes de fréquences et les durées d'applications restent inchangées.
- 5. Procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisé à ce qu'il met en oeuvre des profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) de type sinusoïdal, aléatoire ou sollicitation temporelle.
- 6. Procédé de détection de la robustesse en vibration d'un équipement selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape d'application dudit au moins un jeu supplémentaire (NI, ..., Ni, .., NN) de profils vibratoires à l'équipement suivant les trois axes (X, Y, Z) de l'espace pour détecter la robustesse de l'équipement est effectuée suivant une chronologie : du jeu supplémentaire (Ni) au jeu supplémentaire suivant (N;+l).
- 7. Dispositif de détection de la robustesse en vibration d'un équipement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour : - Déterminer un premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN), choisis parmi un ensemble de profils vibratoires issus de spécifications ; ^ Déterminer un second jeu (No) de profils vibratoires (P'1, P'2, ..., P'N) à partir dudit premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) en traduisant le premier jeu (J) de profils vibratoires (PI, P2, PN) en spectres de dommage en fatigue (SDF), puis en définissant ledit second jeu (No) de profils vibratoires (P'1, P'2, ..., P'N) équivalents en dommage en fatigue audit premier jeu de profils vibratoires (PI, P2, ..., PN) en utilisant les bandes de fréquences de séparation des spectres de dommage en fatigue (SDF) ; et - Appliquer ledit second jeu (No) de profils vibratoires (P'1, P'2, ..., P'N) à l'équipement pour détecter la robustesse dudit équipement.
- 8. Dispositif de détection de la robustesse en vibration d'un équipement (E) comportant des moyens adaptés à mettre en oeuvre le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 6.
- 9. Utilisation du procédé de détection selon l'une des revendications 1 à 6 pour un équipement destiné à être embarqué dans un aéronef.
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