Mat´eriels et m´ethode

Les essais ont ´et´e r´ealis´es dans une entreprise sp´ecialis´ee dans l’accompagnement des entreprises dans le d´eveloppement d’´equipements `a dominante m´ecanique soumis `a des environnements s´ev`eres, par exemples vibratoires et thermiques (MECANO ID).

3.1.1.1 Mat´eriels : L’´equipement ´equivalent `a une jonction corps de vanne/corps d’actionneur qui est test´e dans cette partie de l’´etude est repr´esent´e `a la FIG.3.16b. Il est compos´e de :

— masselottes

— supports de masselottes

— un tube central

Le tube central permet de pouvoir positionner “`a la carte” des masselottes r´eglables en position et en masse et/ou supports de masselottes additionnels qui permettraient d’ajuster les fr´equences des modes de vibration au cours des essais (rˆole de calibra-tion).

— des ´equerres

— l’assemblage `a ´etudier

Les assemblages `a ´etudier sont interchangeables. Plusieurs configurations d’assem-blages peuvent ainsi ˆetre test´ees avec le mˆeme ´equipement ´equivalent `a partir des 5 types d’´eprouvettes (structures) de la FIG.3.16c. Ces ´eprouvettes sont taill´ees en alliage d’aluminium (Aluminium 2618A).

Les essais sont r´ealis´es sur le banc de la FIG.3.17. Il comprend un vibrateur et un pot vibrant. C’est sur le pot, qu’est mont´e l’´equipement ´equivalent fix´e sur une plaque. Le banc est ´equip´e de deux cam´eras ultra-rapides (jusqu’`a 5000 images/seconde) dispos´ees dans deux plans pour les mesures de champ (de d´eplacement/d´eformation) par corr´elations d’images. La premi`ere cam´era est dans le plan X-Y et la seconde dans le plan Y-Z d’apr`es le syst`eme d’axes de la FIG.3.17. Ces mesures, bas´ees sur le mˆeme principe

FIGURE 3.16: a) Equipement r´eel, b) ´equipement ´equivalent, c)diff´erentes ´eprouvettes ou structures d’assemblages `a tester

que l’´etude de l’interface bride/bride du cas-test “carters”, permettront de comprendre la cin´ematique globale des assemblages `a tester afin d’identifier le plus pr´ecis´ement possible les conditions locales de contact.

Dans ces conditions, l’´equipement ´equivalent est instrument´e de 4 acc´el´erom`etres tri-axes localis´es en quatre points de mesure (p1, p2, p3 et p4) de la FIG.3.16b et les solli-citations vibratoires, r´ealis´ees `a temp´erature ambiante, sont appliqu´ees au pot vibrant par le biais du vibrateur dans la direction de l’axe X. L’acc´el´erom`etre de mesure au point, p4 est l’acc´el´erom`etre pilote et il permet d’assurer le contrˆole d’impulsion du pot vibrant. A cet effet, 4 configurations d’assemblage sont test´ees :

— configuration 1 : ´eprouvette 1 de la FIG.3.16c (position haute) + ´eprouvette 1 (po-sition basse) ;

— configuration 2 : ´eprouvette 3 (position haute) + ´eprouvette 3 (position basse) ;

— configuration 3 : ´eprouvette 2 (position haute) + ´eprouvette 4 (position basse) ;

— configuration 4 : ´eprouvette 1 (position haute) + ´eprouvette 4 (position basse) ;

FIGURE3.17:Banc d’essais vibratoires ´echelle interm´ediaire

3.1.1.2 M´ethode : Les assemblages sont d’abord serr´es jusqu’`a un couple cible (11.3 N.m). Les essais sont ensuite r´ealis´es suivant deux types de r´eponse vibratoire ca-ract´eristiques des modes de d´efaillances des vannes ´etudi´ees :

— la r´eponse de type “balancement axial”. Dans ce cas d’´etude, la masselotte et son support sont point´es vers le haut (la position de la FIG.3.17) ;

— la r´eponse de type “torsion”. Dans ce cas, la masselotte et son support sont posi-tionn´es sur le cˆot´e (rotation de 90° par rapport `a la position de la FIG.3.17).

Les fr´equences des modes vibratoires se situent dans une plage de 200 `a 400 Hz. Elles correspondent aux fr´equences rencontr´ees sur les vannes en fonctionnement r´eel. Sur chaque configuration d’assemblage, des essais de caract´erisation sont d’abord r´ealis´es

`a plusieurs niveaux d’excitation. C’est en effet un balayage sinus `a 3 octave/minute, montant et descendant, de niveau d’excitation allant de 2g `a 8g par pas de 2g (g, acc´el´eration) pour chacun des deux types de r´eponse vibratoire. Cette campagne d’essais de caract´erisation permet de disposer d’une base de donn´ees de propri´et´es m´ecaniques des assemblages test´es `a des fins de mod´elisation. Les propri´et´es m´ecaniques extraites sont le facteur de qualit´e (grandeur relative au taux d’amortissement d’un oscillateur), l’amplitude des vibrations, les fr´equences de diff´erents modes de vibration.

Ensuite, pour chacune des deux types de r´eponse vibratoire des vannes et pour chaque configuration test´ee, un “mode tracking” est r´ealis´e sur le premier mode de vibration pour les niveaux d’excitation de 6g ou 8g. Le niveau d’excitation du “mode tracking” est choisi selon les r´eponses des acc´el´erom`etres lors des premiers essais de caract´erisation afin de respecter la tenue m´ecanique des assemblages test´es (fissuration ou rupture des assemblages). Les images num´eris´ees sont `a cet effet enregistr´ees pour chaque cam´era.

L’acquisition est faite `a la fin du mode “mode tracking” sur 0.5 seconde `a une fr´equence d’enregistrement de 5000 images par seconde.

Les essais de caract´erisation pr´ec´edents sont de courtes dur´ees ´etant donn´e que le but dans ce cas est d’extraire les caract´eristiques m´ecaniques pr´ecit´ees des assemblages test´es. Pour une caract´erisation tribologique des interfaces d’assemblages en conditions r´eelles de fonctionnement, des essais d’endurance vibratoire ont ´et´e r´ealis´es sur les configurations 1, 2 et 3. Ces essais consistent `a solliciter les assemblages pendant une dur´ee de 20 minutes dans les conditions du “mode tracking” (niveau d’excitation de 6g ou 8g et `a la fr´equence du premier mode de vibration).

Enfin, des essais d’endurance `a fort niveau vibratoire ont ´et´e effectu´es sur la confi-guration 4. Elles consistent `a augmenter le niveau d’excitation en cours d’essais jusqu’`a l’apparition des premi`eres fissures. En effet, les essais d´ebutent dans les conditions du

“mode tracking” (niveau d’excitation de 6g ou 8g et `a la fr´equence du premier mode de vibration), puis le niveau d’excitation est progressivement augment´e jusqu’`a fissuration de l’assemblage.

Par soucis de pr´eserver les mat´eriels d’essais, les techniques de corr´elations d’images n’ont pas ´et´e utilis´ees au cours des essais d’endurance vibratoire (rupture et projection de pi`eces pouvant d´et´eriorer les cam´eras).

3.1.2 Traitement num´eriques des mesures de champ apr`es essais de caract´erisation