Épouvettes de type plaque

Un des intérêts majeurs de bâtir une procédure à partir de ce genre d’éprouvettes est lié à la richesse des informations contenues dans les formes spatiales qu’elles adoptent sous des chargements hétérogènes statiques ou dynamiques. Ces déformées étant sensibles aux différentes caractéristiques élastiques et d’amortissement de matériaux orthotropes, les identifications de celles-ci deviennent alors possibles.

Une première difficulté provient de la quasi absence de solutions analytiques concernant les vibrations dans le cadre des plaques minces. La deuxième concerne l’acquisition et l’exploitation de l’information spatiale. Ces deux considérations entraînent l’élaboration de stratégies d’identification spécifiques.

ments finis. Des calculs itératifs sont conduits jusqu’à la bonne concordance entre mesures et résultats numériques issus d’un modèle de plaque sous l’action du chargement modélisé. Les paramètres identifiés sont ceux qui ont été entrés dans le calcul par éléments finis lors de la dernière boucle. Les problèmes posés par ce type d’approche sont généralement de deux ordres. D’une part la résolution est itérative, ce qui nécessite de nombreux calculs et la connaissance d’un jeu de paramètres initiaux pour démarrer la procédure. D’autre part, la répartition des chargements (efforts et moments) appliqués doit être connue à la frontière du modèle pour conduire tout calcul. Or généralement seule la résultante de ces efforts peut être mesurée lors d’un essai mécanique. De façon plus générale, il faut égale- ment souligner que le calcul par éléments finis constitue l’outil adapté à la résolution du problème direct mais qu’il n’est pas forcément l’outil pertinent pour résoudre le problème inverse. Des travaux utilisant ces démarches à partir de mesures ponctuelles multiples ou des mesures de champs cinématiques ont permis de déterminer les constantes élastiques de plaques orthotropes [50–52].

Concernant les amortissements, différentes approches ont été tentées sur des plaques en vibrations, en conditions libre-libre dans la plupart des cas.

Dans leurs travaux, Woodhouse et al. [23, 24] ont proposé une procédure d’identification des rigidités et amortissements de plaques de matériaux divers considérés comme ortho- tropes tels que des panneaux de bois. La détermination des rigidités est effectuée par une approche mêlant calcul et mesure basée sur le recalage des fréquences de certains modes propres calculées d’une part par la méthode de Rayleigh-Ritz et mesurées d’autre part. La configuration expérimentale retenue est celle d’une plaque suspendue en conditions libre- libre, l’excitation sans contact étant assurée par un haut-parleur. L’information spatiale est ici limitée à la reconnaissance des lignes nodales des modes concernés par utilisation d’une fine poudre répandue sur la plaque en vibration (méthode de Chladni). Les auteurs montrent en particulier que pour un rapport donné entre longueur et largeur de la plaque rectangulaire testée, le rapport entre la fréquence du mode dit en "X" et du mode dit en "O" est tout particulièrement dépendant de l’effet de Poisson. Ces modes sont respecti- vement ceux où les lignes nodales sont constituées par les deux diagonales de la plaque dans le premier cas et par une ellipse centrée dans l’éprouvette dans le second cas. Concernant l’identification des amortissements matériau, ceux-ci sont recherchés sous la forme de la partie imaginaire des rigidités complexes D∗

i où la partie réelle est la partie purement élastique Di et le paramètre d’amortissement ηi en est la fraction imaginaire pure : D∗

ponctuelles des mouvements libres initiés par un impact. Pour chaque mode considéré, l’éprouvette est suspendue en des points situés sur les lignes nodales du mode considéré. L’impact initiant un mouvement libre comprenant plusieurs modes, l’estimation de l’amor- tissement modal est déterminé à partir de la décroissance temporelle des élongations du mode considéré, obtenues à partir d’une transformée de Fourier à court terme. Pour pas- ser des amortissements modaux aux amortissements matériau, les auteurs ont émis une hypothèse à partir de considérations sur les lois de la viscoélasticité. Cette hypothèse in- dique que pour un mode considéré l’amortissement modal est une combinaison linéaire des quatre amortissements matériau. Chacun de ceux-ci est pondéré par le rapport entre les énergies élastique et cinétique des mouvements associés à chaque rigidité dans le cas du mode concerné. Ces coefficients sont calculés à partir d’un modèle numérique intégrant les données élastiques préalablement identifiées. Compte tenu des sensibilités permises par les mesures, les auteurs ont pu identifier trois des quatre amortissements matériau. Un des inconvénients de cette méthode est qu’elle utilise conjointement des amortissements modaux évidemment issus de mesures à des fréquences différentes et donc ne permet pas l’identification de la dépendance fréquentielle de l’amortissement.

Des travaux s’appuyant sur des considérations analogues ont été conduits par Visscher et al. [53] sur des plaques composites carbone-époxyde. Les essais concernant la détermi- nation des amortissements ont été conduits sur des plaques suspendues élastiquement en approximation de conditions libre-libre. Les amortissements modaux sont extraits de la décroissance des mouvements du mode par l’arrêt brusque de l’excitation aérienne. Celle- ci est produite par un haut-parleur dont la fréquence d’émission est finement accordée sur celle du mode. L’intérêt évident de cette pratique est que le mouvement libre n’est constitué que du seul mode initialement excité. Dans le cas du matériau considéré, l’amor- tissement est essentiellement apporté par la matrice époxy dont la variation du module d’Young en fonction de la fréquence est connue. Les auteurs ont globalement considéré que la dépendance de l’amortissement de cette résine suit la même tendance. Ils ont ainsi proposé par extrapolation une tendance de l’évolution fréquentielle des caractéristiques élastiques et d’amortissement du matériau. Ces derniers résultats restent très liés à la nature du matériau où les caractéristiques mécaniques de la matrice et du renfort sont très différentes.

Les remarques qu’il est possible de formuler sur ces deux études tiennent d’une part à l’utilisation des mesures essentiellement modales n’utilisant que peu l’information spa- tiale et conduisant aux mélanges d’informations issues d’essais pratiqués à des fréquences

différentes. D’autre part l’obligation de limiter l’introduction de dissipations parasites contraint fortement les dispositifs expérimentaux. Les conditions libre-libre choisies im- posent de supporter la plaque sur les lignes nodales et donc de réaliser une configuration de suspension par mode testé. Les excitations sans contact utilisées conduisent à des mouvements libres amortis dont les limites d’utilisation ont déjà été citées précédemment. Une stratégie fondamentalement différente a été proposée par Pagnacco et al. [54, 55] permettant l’identification simultanée des paramètres élastiques et d’amortissement dans une large gamme de fréquence. Elle est basée sur une approche numérique-expérimentale utilisant la matrice de la fonction de réponse en fréquence (FRF) définie en un grand nombre de degrés de liberté du modèle de la plaque testée. Tant au niveau du calcul que de celui de la mesure ceci conduit à l’utilisation de la description aussi bien temporelle ou fréquentielle, que spatiale des mouvements vibratoires des degrés de liberté. La méthode n’utilise aucune propriété modale et peut ainsi être pratiquée dans une large bande de fréquence. La procédure utilise la minimisation d’une fonction coût entre les mouvements vibratoires mesurés sur la plaque et les réponses calculées aux mêmes degrés de libertés à partir d’un modèle éléments finis dont les caractéristiques matériau sont réactualisées à chaque itération.

Les auteurs décrivent une application expérimentale sur une plaque isotrope en conditions libre-libre par des suspensions souples périphériques. L’excitation est provoquée par un impact en un point choisi. Le mouvement vibratoire est donc libre et en bande large. Il est successivement mesuré en 570 points par un moyen de mesure sans contact. Les résultats de l’identification, réalisée à partir d’une seule configuration d’essais, montre la dépendance fréquentielle des caractéristiques mécaniques d’une plaque de polymère dans la bande 0 − 3 kHz. Le choix du type d’excitation a été, d’après les auteurs, dicté par les considérations récurrentes d’absence de liaisons parasites. Ce choix entraîne une limite de l’étendue fréquentielle des réponses. Il peut éventuellement expliquer les quelques dispersions visibles dans les résultats des identifications.

Par sa formulation, cette stratégie est applicable à partir de champs cinématiques mesurés auxquels il faudrait adjoindre la dimension temporelle dans la description du mouvement. Plusieurs solutions sont éventuellement envisageables et renforceraient l’intérêt de cette méthode.