Caractéristiques de la force d’impact

Généralement, le marteau est utilisé avec un analyseur de spectre pour les essais des structures. La largeur du spectre d’impact est inversement proportionnelle au temps de contact. Celle-ci est déterminée par la masse de la structure et la tête du marteau et particulièrement par la dureté des surfaces en contact (la tête du marteau et le point d’impact sur le coussinet). En modifiant le matériau et la masse de la tête du marteau ont peut ajuster la durée d’impact, l’intensité de la force appliquée et donc la gamme des fréquences excitées. Des essais d’impact ont été réalisés en utilisant une tête métallique dure et une tête en plastique de dureté moyenne. La Figure IV.2 représente le signal temporaire de la force d’impact et la durée du choc. La durée du choc d’un marteau disposant d’une tête en plastique est de 0,6 ms. Cette durée diminue à 0,45 ms pour la tête métallique. L’augmentation de la

en partant de la même hauteur du pendule.

La modification de la dureté de la tête du marteau entraîne aussi une variation de la gamme des fréquences excitées. La Figure IV.3 montre la comparaison entre les spectres de l’impact appliqué par une tête en plastique et par une tête métallique. Pour une tête en plastique le spectre s’annule pour une valeur d’environ 3000 Hz, alors qu’avec une tête métallique la valeur nulle du spectre n’est pas atteinte avant 4000 Hz.

IV.2.2.

Acquisition des données

Comme pour l'identification par excitation périodique, le choix des paramètres liés au traitement du signal est crucial. Ces paramètres sont la fréquence d’échantillonnage et le temps d’acquisition des données.

Dans le cas de l’impact, la réponse du palier prend la forme d’un signal amorti (Figure IV.4). L’étude vibratoire exige l’acquisition de la réponse du palier après l’impact jusqu’à son amortissement (Figure IV.4). Le nombre total des échantillons retenus par voie doit être alors suffisamment grand pour restituer correctement l'ensemble des informations contenues dans le signal.

D’autre part, la fréquence d’échantillonnage doit être suffisamment élevée sans être excessive pour limiter l’espace de stockage. Selon le théorème de Shannon, toutes les fréquences du signal inférieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage seront correctement restituées. Les fréquences supérieures à la moitié de la fréquence d'échantillonnage introduisent un recouvrement spectral (repliement).

Comme il a été mentionné dans le Chapitre III, le pas fréquentiel est déterminé comme le rapport entre la fréquence d’échantillonnage et le nombre d’échantillons enregistré par voie. L’importance du choix des paramètres d’échantillonnage vient du fait que les fréquences d’excitation analysées par la suite doivent être toutes des multiples du pas fréquentiel sinon les résultats obtenus risquent d’être imprécis.

Dans le cas de l'excitation périodique, l’acquisition des données se fait avec une fréquence d’échantillonnage de 8192 échantillons/sec sur une durée de 1s, 213= 8192 échantillons étant ainsi enregistrés ce qui correspond à un pas fréquentiel de 1 Hz. Toutes les données sont enregistrées en domaine temporaire avant quelles soient traitées dans le domaine fréquentiel. La force périodique est continuellement appliquée et les mesures des grandeurs physiques (déplacements, accélérations, forces et la vitesse de rotation) peuvent être enregistrés à chaque instant de l’essai. La phase du signal du tachymètre définit une référence angulaire pour toutes les mesures.

Cette méthode n’est plus applicable pour une excitation par impact. Dans ce cas, l’excitation est localisée sur une très courte durée et la mesure des signaux doit répondre à deux exigences :

1. Elle doit contenir le début du choc pour acquérir le spectre de l’impact ainsi que la réponse du palier due à cette force.

2. Elle doit couvrir la totalité du signal amorti, c’est à dire, l’acquisition des signaux du déplacement et de l’accélération après un impact doit être faite jusqu’à l'amortissement (complet) du coussinet.

Une procédure simple a été mise au point pour répondre à ces besoins. En effet, le programme

VI (Virtuel Instrument) enregistre en mémoire d'une manière continue des paquets de

8192 échantillons chaque seconde (l’acquisition des données se fait toujours avec une fréquence d’échantillonnage de 8192 échantillons/sec). L’impact est appliqué d’une façon aléatoire par l’opérateur. Le programme VI doit pouvoir distinguer le paquet de données qui

une commande qui, à partir de la mesure du signal du capteur de force intégré dans le marteau, détecte l’impact et commande l’enregistrement du paquet des échantillons présents dans la mémoire (déplacements, accélérations, force et le signal du tachymètre). Le déclenchement aura lieu dès que le front montant de la force d’impact dépasse la valeur de 30 N (Figure IV.5). Si aucune donnée ne remplit les exigences du déclenchement le test d’impact sera rejeté.

Un deuxième problème est l'incapacité de l'opérateur à imposer le moment du déclenchement de l'impact dans le paquet de 8192 échantillons retenus. La Figure IV.6 montre deux essais d’impact d'un oscillateur amorti à 1 degré de liberté. Les conditions d'essai sont les mêmes, la seule différence étant l’instant initial de l’acquisition des signaux. Dans les deux cas, le commutateur de déclenchement garantit l’enregistrement du pic de la force d’impact (F > 30N) mais sur la figure de droite, l’enregistrement des signaux ne couvre pas la totalité de la réponse de la structure alors que cette partie du signal est essentielle pour l’étude vibratoire.

Figure IV.6: Emplacement de l’impact par rapport à la période d’acquisition (T = 1 s)

Pour couvrir les signaux amortis, l’étude dynamique doit être faite sur 211 = 2048 échantillons à partir du moment d’impact. Cette valeur est considérée comme étant largement suffisante et elle mène à un pas fréquentiel de 4 Hz (8192 échantillons/sec enregistrés sur une durée de 0.25 s). En résumé, l’acquisition des signaux se déroule sur des paquet de 1 s mais le traitement est effectué seulement sur les 0.25 s qui suivent l'impact. Cette démarche impose quelques contraintes:

1. L’amortissement complet du palier ne doit pas dépasser 0.25 s mais pour le palier testé cette condition est toujours satisfaite.

2. Chaque impact doit être réalisé avant le déroulement de 75 % du temps d’enregistrement (timp > 0.75 T). Si cette condition n’est pas satisfaite, le test d’impact sera rejeté.

La Figure IV.7 présente l’algorithme d'acquisition des signaux. La boucle de contrôle vérifie si le paquet contient l'impact et si celui-ci est intervenu avant 75%T où T est la durée d'enregistrement d'un paquet fixé. Si ces conditions sont satisfaites, les signaux enregistrés sont ensuite traités sous le logiciel Mathcad sinon l'essai sera rejeté11.

11 _{Un problème technique à éviter est le phénomène de rebondissement du marteau dû à un mauvais choix du}

Figure IV.7: Algorithme de d’acquisition des mesures