Les essais dynamiques, contrairement aux essais pseudo-dynamiques, sont effectués en temps réel. Leur avantage réside dans la possibilité de prendre en compte dans l'expérimentation les efforts inertiels et de dissipations de la structure de test. Cependant, cette technique ajoute quelques difficultés aux essais pseudo-dynamiques conventionnels. On cite par exemple les limites d'utilisation des actionneurs, leurs précisions, ou encore leurs comportement non-linéaire pour générer les grands efforts. Ces difficultés peuvent être contournées, dans la majorité des cas, si une étude réfléchie de dimensionnement est établie à l'avance. Une autre difficulté incontournable dans ce domaine est la gestion des temps de retard : durant les essais hybrides dynamiques, l'ensemble des tâches relatives aux calculs numériques, l'application de la consigne et la mesure des signaux doivent se faire dans un laps de temps très court, car l’essai est effectué en temps réel, ce qui impose une réactivité élevée entre le modèle numérique et la maquette expérimentale. Les chercheurs classifient ces temps de retard en deux catégories [60]: délais des calculs numériques et les délais provenant de la chaîne de contrôle (filtres, actionneurs etc.).
Délais de calcul numérique :
Les temps de retards attribués aux calculs numériques sont inévitables, et peuvent varier selon la complexité et le nombre de ddl du modèle. Pour remédier à ce type de retard, des techniques de réduction modale afin d'alléger le modèle sont utilisées pour accélérer les calculs, puis grâce à la théorie de superposition modale on peut estimer les valeurs physiques [26]. D'autre chercheurs comme Nakashima et Masaoka [65], ont proposé une méthode originale qui sépare le processus des calculs numériques du processus de gestion des commandes à envoyer à l'actionneur. Deux modèles ont été étudiés, de 10 ddls et de 12 ddls. L'idée était d'assurer une commande en continu aux actionneurs pendant que les calculs numériques sont encours d'élaboration. Dans ce cas d'étude, le calcul de la prochaine consigne s'effectuait toutes les 10ms, alors que la commande est actualisée toutes les 1ms par une extrapolation ou interpolation via un polynôme d'ordre 3. Durant la phase de calcul numérique, la commande est extrapolée à partir des deux dernières estimations, ensuite elle est interpolée une fois la consigne est délivrée par le calculateur. L'interpolation permet ainsi de
corriger la trajectoire de la commande vers la bonne valeur (figure 2.22).
Fig.2.22 : Principe d'extrapolation et d'interpolation [60]
Dynamique de la chaîne de contrôle:
Les temps de retard attribués aux matériels utilisés, comme les actionneurs ou les filtres des conditionneurs, sont de plus en plus maîtrisés de nos jours. La meilleure façon pour limiter leurs impacts sur la fiabilité de l'expérience, est de les caractériser avec précision. Horiuchi et al. [41] et
Darby et al. [25] ont opté pour l'utilisation des actionneurs hydrauliques qui se distinguent
principalement par deux qualités par rapport aux autres actionneurs électromagnétiques conventionnels, à savoir, une puissance et une précision accrue. La précision du déplacement à imposer constitue un point crucial et sensible dans le domaine du génie civil. En effet, une erreur aussi minime soit elle sur le déplacement peut engendrer des écarts non négligeables sur l'estimation des efforts de rappel, et en particulier pour les structures raides. Cependant, ce type de moteur introduit un temps de retard important. Horiuchi [45] a montré que ce retard peut causer une augmentation de l’énergie totale, qui peut être assimilée par un ajout d'amortissement négatif. Au moment où cet amortissement est plus grand que l'amortissement structural, l'expérience devient instable. Pour que les qualités des actionneurs hydrauliques citées soient pleinement exploitées, il a finement caractérisé les délais de retard afin de pouvoir les compenser à travers la commande de contrôle.
2.4.2.
Application au cas du couplage fluide-élastique
L'objectif à long terme des travaux de recherche abordés dans cette thèse est double. Le premier vise à étudier l'usure par chocs des tubes de générateur de vapeur avec les plaques entretoises et les barres anti-vibratoires. Ceci permet de prédire la durée de vie de la structure et de comprendre sa tenue par rapport à la fatigue. Le deuxième but vise à comprendre le phénomène complexe non-linéaire entre l'évolution des efforts fluides-élastiques exercés sur le tube et les chocs. Face aux difficultés contraignantes incluant les écoulements fluidiques dans l'expérimentation, effectuer des essais hybrides s'avère très judicieux. À partir du moment où un modèle de fluide-élastique est établi, il est possible de contourner les difficultés associées à la mise en place d'une expérience incluant le fluide et les matériels annexes (figure 2.23).
Fig.2.23 : Principe essais hybrides F-E & contrôle actif
Cette approche permet de se focaliser sur la synergie entre les chocs et les forces fluidiques sur la dynamique du tube. Dans le cadre de nos recherches, les techniques de contrôle actif sont jugées avantageuses et correspondent bien aux objectifs fixés. Elles permettent de reproduire la contribution du fluide sur la dynamique de la structure, et plus précisément la dépendance des efforts d'interactions avec la dynamique du tube. Ces techniques nécessitent des moyens d'essais classiques et un budget beaucoup moins importants que pour des essais en présence de fluide. Bien évidemment cette méthode comptes quelques limitations qui seront abordées plus en détails dans la section suivante.