Comprendre et modéliser les comportements non linéaires dans les structures aérospatiales à partir de tests en sinus balayés

Auteurs: 

T. Dossogne, J. P. Noël, L. Masset, G. Kerschen (Aerospace and Mechanical
Engineering Department, University of Liège)
B. Peeters (Test Division, Siemens Industry Software NV)

Dans le cycle de conception des avions, le rôle joué par l’ingénieur dynamicien consiste à construire un modèle numérique valide du comportement de l'avion en vibration. La validation du modèle est effectuée expérimentalement, en corrélant les fréquences naturelles et les formes modales prédites et mesurées. Ce procédé est devenu standard dans l'industrie aéronautique, mais repose toujours sur l'hypothèse de linéarité des vibrations structurelles, bien que les ingénieurs d'essais soient aujourd’hui de plus en plus confrontés à des comportements non linéaires lors des campagnes de mesures vibratoires au sol.

Un comportement non linéaire peut résulter de divers mécanismes physiques, les plus notables étant les conditions aux limites dynamiques, telles que la présence de jeux et les impacts. Dans cet article, un ensemble cohérent de techniques est décrit pour localiser, caractériser et modéliser des non-linéarités en utilisant des données typiques de tests vibratoires d'avions, dans le but d'améliorer le modèle éléments finis (EF) linéaire initial en un modèle non linéaire fiable. Le fil rouge dans cet ensemble est l'analyse des données expérimentales dans l'espace de phases. Il est d'abord montré que des approximations simples dans les équations du mouvement peuvent conduire à des diagrammes de visualisation faciles à interpréter pour la localisation et la caractérisation de la non-linéarité. L'analyse est rendue ensuite quantitative en introduisant une mesure efficace pour le recalage non linéaire du modèle EF. Les outils présentés sont illustrés à l'aide de données en sinus balayés mesurées à de multiples amplitudes de forçage sur un avion de chasse F-16. Les éléments de raideur et d'amortissement non linéaires, modélisant un attachement desserré à l'extrémité de l'aile de l'avion, sont identifiés et introduits dans un modèle EF, conduisant à des prédictions de réponse précises dans un régime fortement non linéaire.

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