Essais & Simulations n° 137
SPÉCIAL AÉRONAUTIQUE comprendre et répondre aux enjeux de la filière
SPÉCIAL AÉRONAUTIQUE
comprendre et répondre aux enjeux de la filière
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Dossier 32<br />
SPÉCIAL<br />
AÉRONAUTIQUE<br />
comprendre<br />
et répondre<br />
aux enjeux<br />
de la filière<br />
<strong>Essais</strong> et modélisation 8<br />
Simulation et HPC : des technologies stratégiques<br />
pour les essais<br />
MESURES 18<br />
Vibro-acoustique : quelles solutions pour répondre<br />
aux besoins des laboratoires ?<br />
N° <strong>137</strong> • Mai 2019 • 25 €
FAITES<br />
DÉCOLLER VOS<br />
CADENCES !<br />
Comment faire cohabiter au mieux<br />
opérateurs, réalité augmentée,<br />
équipements et outillages pour gagner<br />
en agilité et en productivité ?<br />
Copyright © ESI Group 2019 - G/OM/19.10/A - IImage courtesy of Boeing.<br />
Les leaders de l’industrie aéronautique<br />
utilisent IC.IDO, la solution immersive<br />
d’ESI, pour détecter les erreurs de<br />
conception, valider leurs outils en amont<br />
de la production, et optimiser très tôt<br />
leurs processus d’assemblage.<br />
Des gains de productivité réels grâce à<br />
une solution digitale de pointe intégrant<br />
la physique des matériaux.<br />
www.esi-group.com/PAS2019<br />
Rendez-vous au Salon du Bourget !<br />
Partenaire numérique<br />
de vos innovations
éditorial<br />
L’aéronautique toujours demandeur d’essais<br />
Après des années de hausse exceptionnelle, portant la filière au rang des principaux<br />
contributeurs de la croissance, l’aéronautique vit aujourd’hui son rythme de croisière<br />
; car si les volumes restent élevés en raison de l’augmentation régulière du trafic<br />
mondial, l’absence de nouveau programme signe la fin – on l’espère, provisoire – de<br />
l’envolée d’un secteur qui n’a cessé d’évoluer. Serait-ce un retournement de marché qui<br />
se profile à l’aube de l’ouverture du Salon international de l’aéronautique (SIAE) en juin<br />
prochain ? Pas tellement, que ce soit d’un point de vue de la production (les carnets de<br />
commandes sont toujours pleins) ou de la maintenance (MRO).<br />
olivier Guillon<br />
Rédacteur en chef<br />
« Tout comme l’automobile, l’avion devra être propre,<br />
électrique ou fonctionnant à partir d’autres sources<br />
d’énergie. »<br />
Qu’en est-il cependant des essais ? Car cette absence de nouveau programme (même si<br />
des projets devraient voir le jour en Chine ou encore dans la défense avec l’avion « du<br />
futur ») ne devrait que modérément impacter les professionnels des essais et de simulation<br />
numérique. La raison ? D’une part, le besoin des avionneurs à produire toujours<br />
plus et plus vite, générant des surcharges d’activité d’essais et de contrôle chez leurs<br />
sous-traitants. D’autre part, le durcissement des réglementations en particulier dans<br />
l’environnement. Bien que déjà fortement taxée, l’aéronautique est de nouveau dans le<br />
collimateur du législateur. Tout comme l’automobile, l’avion devra être propre, électrique<br />
ou fonctionnant à partir d’autres sources d’énergie. L’occasion pour les spécialistes<br />
des essais de s’ouvrir de nouvelles perspectives de business. ●<br />
envie de réagir ?<br />
@EssaiSimulation<br />
ÉdITEUR<br />
mRJ Informatique<br />
Le Trèfle<br />
22, boulevard Gambetta<br />
92130 Issy-les-Moulineaux<br />
Tél. 01 84 19 38 10<br />
Fax : 09 72 58 48 14<br />
/Facebook.com/<br />
EssaiSimulation<br />
/@EssaiSimulation<br />
direction :<br />
Michaël Lévy<br />
directeur de publication :<br />
Jérémie Roboh<br />
Rédacteur en chef :<br />
Olivier Guillon<br />
COmmERCIALISATION<br />
Publicité :<br />
Patrick Barlier<br />
p.barlier@mrj-corp.fr<br />
diffusion et Abonnements :<br />
vad.mrj-presse.fr<br />
Prix au numéro :<br />
25 €<br />
Abonnement 1 an :<br />
85 € / 4 numéros<br />
Étranger :<br />
100 €<br />
Règlement par chèque<br />
bancaire à l’ordre de MRJ<br />
RÉALISATION<br />
Conception graphique :<br />
Eden Studio<br />
maquette :<br />
Géraldine Lepoivre<br />
Impression :<br />
Rivadeneyra, sa<br />
Calle Torneros, 16<br />
Poligono Industrial de Los Angeles<br />
28906 Gerafe - Madrid<br />
N°ISSN :<br />
1632 - 4153<br />
Commission paritaire :<br />
0 414 T 83 214<br />
dépôt légal : à parution<br />
Périodicité : Trimestrielle<br />
Numéro : <strong>137</strong><br />
date : mai-juin-juillet 2019<br />
RÉdACTION<br />
Ont collaboré à ce numéro :<br />
M.Beneck (Saint-Gobain),<br />
N. Cordero(Saint-Gobain),<br />
Thibaut Detroux (Nolisys),<br />
F. Fremy (Saint-Gobain),<br />
Stéphane Guignard (Aras), Jérôme<br />
Ligot (V2i), Christophe Marcadet<br />
(HGL Dynamics France), F. Mathieu<br />
(EikoSim), Marwan Radi (Nolisys)<br />
Comité de rédaction :<br />
Olivier Guillon (MRJ), Alain<br />
Bettacchioli (Thales Aliena Space),<br />
Patrycja Perrin, Yohann Mesmin<br />
(Siemens Industry Software),<br />
Daniel Leroy (Alliantech)<br />
membre du réseau REPm-EmPN<br />
PHOTO dE COUvERTURE :<br />
Application de solution<br />
de l’éditeur ESI Group<br />
chez l’avionneur Boeing<br />
© BOEING<br />
Toute reproduction, totale ou<br />
partielle, est soumise à l’accord<br />
préalable de la société MRJ.<br />
Partenaires du magazine<br />
<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong> :<br />
<strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I1
Today’s dreams need<br />
tomorrow’s engineering.<br />
Simcenter: Predictive engineering analytics<br />
for the new era of smart innovation.<br />
Getting a dream off the ground has never been more challenging.<br />
Products need to be smarter. Manufacturing processes are more<br />
complex. And design cycles are shorter than ever. Simcenter software<br />
can help. With its unique combination of multi-disciplinary<br />
simulation, advanced testing and data analytics, Simcenter gives<br />
you the power to explore alternatives faster, predict performance<br />
more accurately... and deliver innovation with greater confidence.<br />
siemens.com/plm/simcenter
sommaire<br />
dossier<br />
spéCial aéRoNaUtiqUE Et spatial<br />
32<br />
33 L’ETTC, la grande conférence mondiale des essais en vol,<br />
revient en juin à Toulouse !<br />
34 Le pôle ASTech Paris Région entame sa nouvelle feuille de route<br />
36 Airbus Helicopters recourt à Simcenter Amesim pour optimiser<br />
la conception des systèmes hydrauliques<br />
39 Tappenbeck s'établit dans le secteur des essais aéronautiques<br />
40 Électrifier la propulsion des avions grâce à la simulation<br />
44 La SRC VibraTec aide Safran Ventilation Systems à réduire le bruit<br />
des équipements de ventilation<br />
47 Serrer de 0,5 à 1000 Nm avec une seule clé dynamométrique couple<br />
et angle<br />
46 Les avions électriques s’envolent, mais qui pilote les batteries ?<br />
49 La simulation, outil de validation des composants pour fusées<br />
50 Une expertise de haut niveau dans le comportement dynamique<br />
des matériaux<br />
52 Un outil collaboratif d’ingénierie simultanée pour la fabrication additive<br />
56 <strong>Essais</strong> d’impact à l’oiseau : vers une exploitation quantitative des images<br />
58 Une nouvelle méthodologie de calibration des jauges de contraintes<br />
d’aubes statoriques<br />
actualités<br />
06 Atos, principal partenaire de<br />
Google Cloud pour le supercalcul<br />
06 Cevaa fête ses 20 ans<br />
06 En rachetant Saab Medav<br />
Technologies, Siemens renforce<br />
son activité NVH<br />
06 Obtention de homologation<br />
du GCF pour la plateforme<br />
de test de Rohde & Schwarz<br />
06 Alphanov et MBDA inaugurent<br />
un laboratoire commun<br />
12 Simutec Technologies fiabilise<br />
l’Usine du Futur<br />
13 L’Europe et la transition<br />
numérique : les deux défis<br />
de Teratec<br />
17 iXblue, votre partenaire pour<br />
la simulation de mouvements<br />
hautes performances<br />
15 Boostez vos simulations<br />
numériques avec SiMSEO<br />
14 Le Big Data comme moyen<br />
indispensable de gestion<br />
de données importantes<br />
30 Un logiciel pour innover dans<br />
le domaine des métamatériaux<br />
pour l’absorption et l’isolation<br />
acoustique<br />
31 m+p lance un nouveau banc<br />
de mesure de raideur<br />
Mesures<br />
© Deroure<br />
<strong>Essais</strong><br />
et modélisation<br />
08 Ouverture du séminaire Nafems<br />
le 6 juin sur la conception<br />
robuste et fiable<br />
10 Vers une convergence nécessaire<br />
entre la simulation numérique<br />
et le PLM<br />
18 Des développements toujours<br />
plus nombreux pour Kistler dans<br />
l’aérospatial<br />
20 La division Consulting et essais<br />
de dBVib poursuit sa croissance<br />
22 Des solutions NVH toujours plus<br />
innovantes pour les véhicules<br />
classiques et électriques<br />
23 Applications spéciales<br />
capacitives pour le secteur<br />
aéronautique et spatial<br />
24 Des accéléromètres à faible<br />
coefficient thermique<br />
26 Analyse vibratoire non-linéaire<br />
d’un F-16 sur base de données<br />
GVT – Démonstration du logiciel<br />
NI2D de Nolisys<br />
outils<br />
62 Formations<br />
63 L’ASTE organise prochainement<br />
trois nouvelles journées<br />
techniques<br />
64 Sommaire du prochain numéro<br />
64 Index des annonceurs<br />
et des entreprises citées<br />
64 Le chiffre à retenir<br />
© Emitech<br />
<strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I3
nos dossiers en un clin d’œil<br />
© Siemens<br />
essais et modélisation<br />
Simulation numérique et HPC :<br />
des domaines stratégiques<br />
pour la France p. 8<br />
Les événements printaniers que sont la Conférence de Nafems<br />
France portant sur la conception de systèmes fiables et<br />
robustes, et le Forum Teratec 2019 vont cette année encore<br />
remettre l’Hexagone au cœur de l’écosystème européen<br />
voire mondial de la simulation numérique et du calcul haute<br />
performance (HPC). Ces deux technologies sont intimement<br />
liées, aujourd’hui plus que jamais compte tenu des perspectives<br />
qu’offrent le Big Data et, par extension, l’intelligence artificielle<br />
dans le domaine des essais.<br />
© Micro-méga Dynamics - Recovib<br />
mesures<br />
Répondre aux problématiques<br />
vibro-acoustiques p. 18<br />
Les laboratoires d’essais doivent de plus en plus composer<br />
avec des demandes croissantes émanant des fabricants afin<br />
de résoudre des problèmes de qualité, de comportement<br />
matériaux ou de tenue en fatigue dans certaines situations<br />
extrêmes. C’est le cas de nombreux équipements et<br />
appareils à l’image des satellites, marché en pleine explosion<br />
particulièrement soumis aux phénomènes de micro-vibrations<br />
susceptibles de fortement endommager des appareils<br />
aussi onéreux que stratégiques dans cette nouvelle guerre<br />
de l’espace.<br />
dossier<br />
Spécial Aéronautique<br />
et spatial p. 32<br />
L’aérospatial a toujours le vent en poupe ; cette tendance se<br />
ressent tant en production qu’en maintenance mais aussi dans<br />
les essais en environnement et en simulation numérique.<br />
Les exigences en qualité, coûts et – surtout – délais impactent<br />
de nombreux laboratoires devant faire face à une situation<br />
toujours plus tendue ; les grands programmes ayant (pour le<br />
moment du moins) disparu des radars. Toutefois, les contraintes<br />
environnementales toujours plus drastiques et la tendance vers<br />
des avions plus propres, à l’image des aéronefs électriques<br />
faisant progressivement leur apparition sur le marché, devraient<br />
conforter la place des essais comme une étape cruciale.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I5
aCtualités<br />
en breF<br />
En rachetant saab Medav<br />
technologies, Siemens<br />
renforce son activité NvH<br />
Siemens a signé un accord de rachat<br />
de l’activité de tests de qualité NVH<br />
(bruit, vibration et secousses) finaux<br />
de Saab Medav Technologies GmbH,<br />
un fournisseur international<br />
de systèmes de pointe de traitement<br />
du signal, de renseignement<br />
de transmissions (COMINT) et<br />
d’analyse destinés à des applications<br />
aériennes, terrestres et navales,<br />
ainsi que de solutions pour les tests<br />
de qualité NVH dans l’industrie. ●<br />
obtention de homologation<br />
du GCf pour la plateforme<br />
de test de Rohde & Schwarz<br />
Le fabricant a annoncé avoir obtenu<br />
l'homologation de son outil de test<br />
de conformité du protocole C-V2X,<br />
répondant ainsi à la spécification<br />
définie par le Global Certification<br />
Forum (GCF). L'homologation repose<br />
sur des tests réalisés en utilisant<br />
le testeur de communication radio<br />
à large bande R&S CMW500 et<br />
le générateur de signaux vectoriels<br />
R&S SMBV100A. ●<br />
HPC<br />
atos, principal partenaire de Google<br />
Cloud pour le supercalcul<br />
Le 14 mai dernier, en amont de la quatrième édition des Atos Technology<br />
Days organisée à VivaTech (Porte de Versailles), Atos, leader international<br />
de la transformation digitale, a annoncé avoir été choisi par Google<br />
Cloud comme premier partenaire pour le calcul haute performance, élargissant<br />
ainsi le partenariat mondial avec de nouveaux services destinés aux entreprises.<br />
Les clients auront ainsi la possibilité de s'appuyer sur le Centre d'excellence en<br />
programmation parallèle (CEPP) d’Atos et ainsi disposer de la puissance de<br />
calcul nécessaire pour exploiter au mieux leurs données lorsqu'ils aborderont<br />
des enjeux scientifiques, techniques et commerciaux majeurs. Les entreprises<br />
nécessitent une grande puissance de calcul afin de transformer les immenses<br />
quantités de données complexes qui les<br />
entourent en informations précieuses.<br />
Atos aide ainsi les organisations à s'assurer<br />
que leurs applications exploitent<br />
au mieux les technologies haute performance<br />
de Google Cloud pour optimiser<br />
leurs solutions. ●<br />
EN SAvOIR PLUS > www.atos.net<br />
Adobe Stock<br />
PmE<br />
Cevaa fête ses 20 ans<br />
Depuis sa création en 1999 sous l’impulsion de la région Normandie, du<br />
département de Seine-Maritime et des industriels de l’automobile, le<br />
centre vibro-acoustique et fiabilité (Cevaa) s’est développé tant au niveau<br />
structurel avec aujourd’hui vingt-sept personnes, qu’en termes de nouveaux<br />
moyens et nouvelles compétences.<br />
alphanov et MBda<br />
inaugurent un laboratoire<br />
commun<br />
Le 27 mars dernier, Alphanov et<br />
MBDA ont inauguré le laboratoire<br />
commun portant sur l’étude<br />
scientifique de l’interaction lasermatière.<br />
Ce laboratoire fortement<br />
instrumenté et automatisé permet la<br />
réalisation d’essais en toute sécurité<br />
avec une source laser 10 kW associée<br />
à plusieurs têtes optiques montées<br />
sur un robot. ●<br />
Situé à Saint-Étienne du Rouvray, le<br />
laboratoire, dont la mission d’origine<br />
portait sur l’acoustique et la vibration<br />
dans le domaine exclusif de l’automobile,<br />
s’est transformé ces dix dernières<br />
années en développant de nouvelles<br />
activités et réponses à de nouveaux<br />
secteurs industriels. Si l’automobile<br />
reste le domaine principal, le Cevaa<br />
a pu développer, dans la dynamique<br />
de NAE, des clients (PME et grands<br />
donneurs d’ordre) dans l’aéronautique,<br />
le spatial, la sécurité / défense, l’énergie<br />
ou encore le sports et loisirs et autres<br />
industries. ●<br />
EN SAvOIR PLUS > www.cevaa.com<br />
6I <strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019
Une donnée fiable<br />
repose sur des moyens<br />
de tests précis.<br />
iXblue Motion Systems propose une gamme<br />
complète de simulateurs de mouvements<br />
mono-axe & multi-axes, et de centrifugeuses<br />
conçus pour les tests et l’étalonnage de<br />
composants inertiels, systèmes de guidage<br />
et de capteurs optiques.<br />
• Très haute précision<br />
• Grandes capacités dynamiques<br />
• Excellente stabilité de position<br />
• Excellente répétabilité des résultats<br />
• Gains de temps significatifs
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
Événement<br />
Ouverture du séminaire Nafems<br />
le 6 juin sur la conception robuste<br />
et fiable<br />
Après un premier rendez-vous 2019 très réussi en mars dernier à l’Ensam, à Paris, Nafems France organise<br />
une nouvelle journée riche en conférences, portant cette fois sur l’utilisation de la simulation numérique visant<br />
à rendre plus robustes et plus fiables les produits industriels.<br />
La précédente journée s’est déroulée en mars dans l’amphithéâtre de l’Ensam (Paris 13) et a réuni près de 150 personnes<br />
© O. Guillon<br />
Contexte industriel<br />
Une bonne conception commence par identifier la relation<br />
entre la performance du produit et les variables de conception.<br />
Comprendre les relations entre ces paramètres et leur<br />
influence sur la conception globale est cruciale pour s’assurer<br />
de maintenir son problème dans un cadre technique<br />
et économique exploitable qu’il concerne le produit ou le<br />
processus de fabrication. L’optimisation de la conception<br />
robuste (RDO) induit de minimiser l’impact de la variabilité<br />
et de quantifier les incertitudes (UQ) dans la pratique<br />
de l’ingénierie par la simulation.<br />
Conférences : exemples de thèmes proposés<br />
Détermination de l’espace de conception, Quantification et<br />
propagation des incertitudes, simulation non déterministe,<br />
analyse de sensibilité, variabilité des entrées en simulation,<br />
comment augmenter la confiance dans les résultats de simulation<br />
(fiabilité) , la tolérance aux erreurs, dimensionnement<br />
et allégement, vieillissement des matériaux, smart massive<br />
data analysis, management de la simulation, gestion des plans<br />
d'expériences croisés, réduction des modèles, couplage des<br />
modèles (physique et probabiliste), modèles de défaillance, etc.<br />
Tout le programme se trouve d’ores et déjà sur le site Web de<br />
Nafems France (voir adresse ci-dessous). Parmi les intervenants,<br />
des grands noms de l’industrie à l’image de Renault,<br />
Schneider Electric, Valeo, Safran Helicopters ou encore<br />
Airbus et 3DS. ●<br />
EN SAVOIR PLUS > www.nafems.org<br />
8I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
DEWESoft® développe et fabrique des systèmes d’analyse<br />
Vibratoire et Acoustique pour les secteurs de l’industries :<br />
Automobile, Aéronautique, Energie, Automatisme, Production,<br />
Marine et Recherche.<br />
Toutes ces industries ont des éléments (ensembles et sous-ensembles)<br />
générant des bruits et des vibrations (NVH) excessifs.<br />
ANALYSES ACOUSTIQUES et VIBRATOIRES<br />
Pour effectuer ce type de mesure de façon précise, simple et efficace, DEWESoft® propose des<br />
analyseurs chainables de 4 à plus de 1000 voies. Grâce à l’application logicielle NVH,<br />
DEWESoft® dispose de solutions permettant de réaliser l’ensemble des mesures suivantes<br />
• ANALYSE D’ENVELOPPE AVEC BASE DE DONNÉES ROULEMENTS<br />
• ANALYSE ACOUSTIQUE EN BANDE D’OCTAVE ET SONOMÈTRE<br />
• ANALYSE FFT EN BANDE FINE<br />
• ANALYSE EN ORDRE (2D ; 3D ; ORBIT)<br />
• ANALYSE DE TORSION<br />
• ANALYSE MODALE<br />
• EQUILIBRAGE 1 & 2 PLANS<br />
• ANALYSE SUR LE CORPS HUMAIN<br />
• PUISSANCE ET INTENSIMÉTRIE ACOUSTIQUE<br />
• TEMPS DE REVERBERATION (RT 60)<br />
DEWESoft France - www.dewesoft.fr - france@dewesoft.com - 01.75.64.19.30
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
Avis d’expert<br />
Vers une convergence nécessaire<br />
entre la simulation numérique et le PLM<br />
Pour Stéphane Guignard, directeur<br />
France et Europe du Sud d’Aras,<br />
spécialiste du Product Life<br />
Management (PLM), la simulation<br />
numérique demeure une discipline<br />
encore trop isolée des autres.<br />
Cependant, la montée en puissance<br />
outils de gestion des processus<br />
et des données de simulation (SPDM) devrait résoudre<br />
en partie ce problème.<br />
Le bruit, les vibrations, les échanges thermiques, les<br />
propriétés mécaniques, optiques, électriques... l'éventail<br />
des caractéristiques d'un produit que l'on peut simuler<br />
numériquement ne cesse de s'élargir. Chaque jour, ou<br />
presque, de nouveaux logiciels de modélisation sont proposés<br />
aux ingénieurs de conception. La simulation numérique<br />
est devenue un outil d'ingénierie incontournable qui permet<br />
de concevoir plus rapidement et à moindre coût, en limitant<br />
le nombre de prototypes, des produits qui deviennent<br />
de plus en plus complexes.<br />
Dans un contexte réglementaire qui ne cesse de se complexifier,<br />
la simulation numérique est aussi une aide essentielle à<br />
la mise en conformité des produits et son intérêt ne s'arrête<br />
pas au moment où le produit est lancé sur le marché. Avec<br />
le développement des objets connectés, des masses d'informations<br />
sur les conditions d'utilisation devraient permettre<br />
de mieux prévoir sa durée de vie et surtout de sans cesse<br />
l'améliorer.<br />
Stéphane Guignard<br />
Directeur France et Europe du Sud de la société Aras spécialisée<br />
dans la gestion du cycle de vie des produits et éditrice<br />
d’une solution PLM résiliente, adaptée aux grandes entreprises<br />
aux produits et aux processus complexes. Aras compte parmi<br />
ses clients dans le domaine de la simulation la Nasa, American Axle<br />
ou encore Magna<br />
majorité des intervenants. A l'inverse, et ce n'est pas moins<br />
grave, les ingénieurs de simulation ne sont pas suffisamment<br />
connectés au processus de conception qui engendre<br />
de nombreuses variantes du produit, des allers-et-retours<br />
entre les services, des boucles de modification du produit<br />
en cours de définition...<br />
Dans ces conditions, comment être sûr qu'une simulation<br />
numérique a bien été effectuée avec la dernière version du<br />
produit, et par exemple qu'une légère modification de forme<br />
sur une pièce ne se révèlera pas néfaste pour sa tenue mécanique<br />
ou sa maintenabilité ? Enfin, la prolifération des outils<br />
de modélisation couvrant de multiples disciplines pose un<br />
problème de cohérence, mais aussi d'efficacité : les entreprises<br />
ont besoin de créer leurs propres chaînes de traitement, de<br />
pouvoir facilement les faire évoluer afin d'automatiser et<br />
de « rejouer » autant de fois que nécessaire les simulations<br />
numériques qui contribuent à la définition de leurs produits.<br />
La simulation numérique, une discipline<br />
encore trop isolée<br />
Pourtant, en pratique, la simulation numérique a le défaut<br />
de ne pas être vraiment intégrée au processus de conception<br />
des produits. Ainsi, alors que la plupart des départements de<br />
l'entreprise (marketing, bureau d'études, production, maintenance...)<br />
participe à l'élaboration des nouveaux produits,<br />
la simulation reste une affaire d'experts hautement spécialisés,<br />
et ses résultats sont le plus souvent inaccessibles à la<br />
10I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
Vers des outils de SPDM connectés<br />
pour assurer la continuité numérique<br />
Tout cela, en principe, devrait être facilité par les outils de<br />
gestion des processus et des données de simulation (SPDM),<br />
proposés par les grands éditeurs de logiciels de simulation.<br />
Force est de constater que ces SPDM ne répondent pas<br />
aux besoins des industriels. Ces logiciels propriétaires ne<br />
permettent pas l'intégration des multiples solutions de simulation<br />
disponibles sur le marché ou développées en interne. Ils<br />
se révèlent surtout incapables de corréler la simulation numérique<br />
avec la gestion de configuration, et donc de prendre en<br />
compte la variabilité des produits, qu'il s'agisse de modifications<br />
en cours de conception ou de la tendance croissante à<br />
la personnalisation.<br />
Pour combler ces lacunes, la solution est de connecter la<br />
simulation aux logiciels de PLM (Product Lifecycle Management,<br />
système de gestion du cycle de vie des produits), dont<br />
l'objectif est déjà de faire communiquer tous les métiers de<br />
l'entreprise. Car un outil de PLM est en mesure de réaliser<br />
les trois fonctions nécessaires à l'intégration de la simulation<br />
dans le processus de développement des produits : la gestion<br />
de la chaîne des outils de simulation, le partage des données<br />
et des résultats, et la corrélation étroite<br />
de la simulation avec les étapes du développement<br />
du produit dans ses différentes<br />
configurations. Connectée sur<br />
une plateforme de PLM ouverte et adaptative,<br />
la simulation pourra, enfin, s'intégrer<br />
dans la continuité numérique. Les<br />
entreprises qui veulent optimiser leurs<br />
processus ont donc tout intérêt à intégrer<br />
la simulation tout au long du cycle<br />
de vie du produit. ●<br />
Stéphane Guignard – société Aras<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I11
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
3 questions à Stéphane Guignard<br />
En quoi la simulation numérique est-elle devenue<br />
un élément incontournable dans le domaine des essais<br />
et de la caractérisation des matériaux composites ?<br />
La simulation structurelle des matériaux composites s’est<br />
améliorée considérablement et la plupart des solveurs<br />
structurels peuvent désormais modéliser les composites<br />
à un certain niveau ; mais cela reste une capacité<br />
en développement.<br />
Comment bien utiliser le PLM (mise en place,<br />
utilisation quotidienne et optimale etc.) ?<br />
La convergence entre les données de simulation<br />
et le PLM est le défi numéro 1 à remplir pour assurer<br />
une véritable transformation numérique des entreprises<br />
industrielles. Afin de combler ces lacunes, la solution<br />
est de connecter la simulation aux logiciels de PLM<br />
grâce à un outil de gestion des processus et des données<br />
de simulation (SPDM) intégré.<br />
Pour quelle raison ?<br />
Que manque-t-il aujourd'hui aux services de simulation<br />
et aux outils qu'ils utilisent pour relever les défis<br />
que pose ce type de matériaux ?<br />
Le comportement élastique (linéaire) peut être très bien<br />
modélisé. En revanche, le comportement non linéaire<br />
(plastique) est quant à lui beaucoup plus compliquer<br />
à modéliser.<br />
Seule une plateforme de PLM ouverte est en mesure de<br />
réaliser les trois fonctions nécessaires à l'intégration de<br />
la simulation dans le processus de développement des<br />
produits : la gestion de la chaîne des outils de simulation,<br />
le partage des données et des résultats, et la corrélation<br />
étroite de la simulation avec les étapes du développement<br />
du produit dans ses différentes configurations et assurer<br />
ainsi une véritable continuité numérique.<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
publi-communiqué<br />
DYSIM II : plateforme multi-modèles<br />
pour la simulation dynamique des<br />
procédés industriels et la prévention<br />
des risques<br />
SIMUTEC technologies offre un<br />
ensemble d’outils logiciels associés à<br />
un atelier de GÉNIE MODELISATION<br />
pour la simulation dynamique de procédés<br />
continus, pour l’optimisation et la<br />
prévention des risques industriels.<br />
SIMUTEC Technologies<br />
fiabilise l’Usine du Futur<br />
SIMUTEC intègre le calcul scalaire dans sa plateforme de simulation collaborative.<br />
DYSIM II est basée fondamentalement sur une architecture SOA, auto-adaptative,<br />
pouvant intégrer des modules de calcul scalaire et pouvant être accessible<br />
en mode ASP.<br />
La valeur ajoutée de DYSIM II est liée à sa capacité d’intégrer plusieurs applications/modèles<br />
de simulation pour s’exécuter en temps réel et en se partageant les<br />
mêmes données et en s’échangeant les variables autorisées.<br />
DYSIM II avec son moteur/algorithme de mastering et de contrôle des requêtes de<br />
tous les modèles unitaires de simulation en activité, permet de simuler les phases de<br />
démarrage et d’arrêt pour la maintenance de chaque unité d’une usine en pétrochimie.<br />
DYSIM II est conçu pour pouvoir intégrer et exécuter simultanément les modèles de<br />
simulation unitaire d’une usine pétrochimique en mode interconnecté et en temps réel.<br />
Ce qui permet de faire une évaluation des risques et de planifier les phases de maintenances<br />
des sites industriels avec méthodologie et une meilleure maitrise des risques.<br />
La capacité de DYSIM II à exécuter des programmes en HPC est en cours d’évaluation<br />
sur des modèles de simulation unitaire. Le calcul haute performance HPC<br />
sur la plateforme DYSIM II en mode inter-process et en temps réel fait partie des<br />
évolutions futures de notre plateforme.<br />
SIMUTEC TECHNOLOGIES Tél. : 01 40 83 87 78<br />
15, Avenue Descartes - 92350 Le Plessis Robinson - sti.simutec@gmail.com
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
Entretien<br />
L’Europe et la transition numérique :<br />
les deux défis de Teratec<br />
À l’occasion du Forum Teratec qui ouvrira ses portes<br />
les 11 et 12 juin prochains, le nouveau président<br />
de Teratec Daniel Verwaerde revient sur les temps<br />
forts de l’événement qui reflètera à sa manière<br />
les nouvelles ambitions de l’association implantée<br />
à Bruyères-le-Châtel (Essonne) : la démocratisation<br />
du calcul hautes performances (HPC) et l’Europe.<br />
Daniel Verwaerde<br />
Président de Teratec et ancien<br />
administrateur général du CEA<br />
Daniel Verwaerde, qui êtes-vous ?<br />
Pour résumer, je suis pur produit du HPC et de la simulation<br />
numérique. Ingénieur mathématicien et Professeur en<br />
simulation numérique, j’ai travaillé pendant dix ans au département<br />
MA du CEA où j’ai développé des méthodes numériques<br />
visant à résoudre des équations modélisant l’évolution<br />
d’une population de particules. J’ai ensuite occupé différents<br />
postes d’encadrement avant de diriger la division Défense<br />
puis de devenir administrateur général du CEA jusqu’à mon<br />
départ en retraite l’an dernier.<br />
Quel bilan tirez-vous de Teratec depuis sa création ?<br />
En tant que l’un des pères fondateurs avec Christian Saguez<br />
de Teratec, je suis satisfait de ce qu’est devenue cette association<br />
dont le rôle, rappelons-le, est de diffuser les savoirs et de<br />
faire bénéficier les mondes industriel et académique des avancées<br />
de la simulation et du calcul haute performance. Nous<br />
avons très largement contribué à développer l’usage de ces<br />
technologies dans l’industrie et la recherche françaises et, en<br />
réunissant au sein du Campus près de 300 personnes, sociétés<br />
et start-up technologiques. Teratec aura atteint en 2020<br />
ses objectifs initiaux mais il faut donner une nouvelle impulsion,<br />
un nouveau cap ; ce sera mon rôle en tant que président.<br />
Quelles sont les nouvelles priorités de Teratec ?<br />
Elles sont de deux ordres. Le premier est technologique : il<br />
est indispensable de continuer à ouvrir Teratec aux problé-<br />
matiques du HPC mais pas seulement ; car le digital, c’est<br />
aussi désormais les micro-processeurs de plus en plus puissants<br />
et à la portée de tous. On trouve plus de puissance<br />
dans un smartphone actuel dans un supercalculateur il y<br />
a vingt ans ! Au sein de Teratec, nous devons utiliser cette<br />
transition numérique pour permettre à toutes les entreprises<br />
d’utiliser les technologies digitales : simulation et big data ;<br />
à ce titre, le programme Simseo, avec 300 PME formées à la<br />
simulation numérique, répond à ces enjeux. Autre priorité,<br />
l’Union européenne. Après s’être longtemps désintéressé du<br />
numérique, le Vieux Continent débarque dans le HPC avec<br />
notamment la création en 2018 d’EuroHPC. Là encore, Teratec<br />
et la France ne doivent pas passer à côté de cette initiative<br />
visant à doter l'Union européenne de superordinateurs<br />
de classe mondiale. Nous devons nous mettre à l’heure européenne<br />
car la démarche de Bruxelles est la démultiplication<br />
de la nôtre. ●<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
15 e Forum Teratec : « Inventons l'avenir ! »<br />
Rendez-vous international des acteurs du HPC, de<br />
la Simulation, du Big Data et de l'apprentissage par<br />
les données (IA), le Forum Teratec aura lieu les 11<br />
et 12 juin à l'École Polytechnique de Palaiseau. Au<br />
programme : la remise des trophées de la Simulation<br />
et des technologies numériques, de multiples<br />
interventions d’industriels mais aussi de Philippe<br />
Varin, président de France Industrie et l’invitée<br />
d’honneur, la Commissaire Européenne<br />
à l’Économie et à la société digitales Mariya Gabriel.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I13
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
Avis d’expert<br />
Le Big Data comme moyen<br />
indispensable de gestion<br />
de données importantes<br />
HGL Dynamics fournit des systèmes de mesures<br />
comprenant plusieurs centaines de voies avec des<br />
supports de stockage en parallèle, et permettant<br />
aux entreprises et aux laboratoires d’essais de relever<br />
les défis du Big Data.<br />
Depuis les années 2000 le volume d’informations<br />
numériques connaît un essor exponentiel, dû notamment<br />
à l’internet haut débit, aux réseaux sociaux, à<br />
la puissance des ordinateurs, etc. Les besoins d’analyses sont<br />
devenus très importants dans des domaines aussi variés que le<br />
marketing, les services secrets, l’industrie, etc. entraînant une<br />
inadaptation des outils informatiques de stockage et d’analyse.<br />
Les grandes sociétés, telle Google Microsoft, ont développé,<br />
depuis 2010, de nouveaux outils parmi lesquels un concept<br />
de base de données : les bases de données usuelles, de technologie<br />
« SQL », c’est-à-dire gérant une arborescence de<br />
répertoire. Le nouveau concept, nommé « no SQL », simplifie<br />
la gestion des données en étoile et permet de prendre en<br />
compte des volumes très importants de données.<br />
Pour analyser ces données, il a fallu inventer des moteurs<br />
possédant une intelligence artificielle, par exemple, le moteur<br />
de recherche de Google appelé « robot autoadaptatif » (l’adaptation<br />
représentant une forme d’intelligence). Les outils et<br />
algorithmes évolueront encore dans beaucoup de domaines,<br />
essentiellement dans celui de l’industrie.<br />
Le cas d’un motoriste aéronautique<br />
Dans le secteur de l’aéronautique, la connaissance des vibrations,<br />
pressions et contraintes est fondamentale pour le fonctionnement<br />
et la durée de vie du moteur. Avant les années<br />
1990, les systèmes d’acquisition et de stockage s’effectuaient<br />
par bancs comprenant deux à quatre voies dynamiques et des<br />
dizaines de voies lentes, soit dans le méga-octet sur bande<br />
magnétique analogique.<br />
Pioneer, un outil de gestion des données<br />
De 1990 à 2000, le numérique et les télécommunications ont<br />
permis le développement d’instruments multiples de seize<br />
voies et des stockages numériques de plusieurs centaines<br />
de giga-octets. HGL Dynamics fournit, depuis 2000, des<br />
systèmes de mesures comprenant plusieurs centaines de voies<br />
avec des supports de stockage en parallèle, de l’ordre du Terra<br />
octets, ce qui, avec le temps, permet pour plusieurs bancs de<br />
produire plusieurs centaines de Terra points (10E14).<br />
Traditionnellement, le service essais effectue les mesures,<br />
calcule les fréquences et envoie le tout au bureau d’études<br />
qui réalise l’analyse manuelle des résultats, souvent pour<br />
établir la corrélation entre les essais et le calcul. La multiplication<br />
du nombre d’intermédiaires dans les bureaux d’études<br />
a aussi multiplié les risques d’erreurs (obligeant un motoriste<br />
à lancer un appel d’offres interne et externe afin d’optimiser<br />
le processus d’analyse.)<br />
HGL Dynamics fournit des systèmes multivoies aux principaux<br />
motoristes (100 à 800 voies par banc) et travaille,<br />
depuis 2006, en étroite relations avec ses clients ce qui lui a<br />
permis d’aboutir, en 2015, à la fourniture de l’outil Pioneer.<br />
Pioneer : un outil de gestion des données<br />
Les données sont concentrées sur une machine, dimensionnée<br />
aux besoins, comprenant un serveur qui gère une base<br />
de données optimisée type « no SQL », avec des outils PQB<br />
(Pioneer Query Builder) et PQL (Pioneer Query Language).<br />
Les postes clients peuvent accéder à l’outil dans l’entreprise<br />
sans nécessiter de réseau ultra-rapide (100-1000Mbit/s).<br />
14I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
Les supercalculateurs régionaux<br />
au service de la R&d<br />
des entreprises<br />
Publi-Communiqué<br />
BoostER Vos siMUlatioNs NUMéRiqUEs aVEC siMsEo<br />
Sous l’égide de GENCI, opérateur public du calcul intensif,<br />
six centres sont structurés dans le programme SiMSEO<br />
pour offrir aux PME, startups et ETI, un accompagnement<br />
de proximité et sur mesure à la simulation numérique et au<br />
calcul parallèle.<br />
Les centres de calcul régionaux du CRIANN en Normandie<br />
et de CALMIP en Occitanie font partie de ce dispositif. Leurs<br />
machines de Calcul Haute Performance (HPC) sont régulièrement<br />
renouvelées et voisinent actuellement le PFlop/s 1 .<br />
Même si leur vocation principale reste la recherche publique<br />
régionale, ces machines ultra performantes sont également<br />
ouvertes aux entreprises, en mode paiement à l’usage.<br />
Simulation d’une antenne de radionavigation<br />
sur avion avec le logiciel CAPITOLE-RF<br />
© NEXIO 2019<br />
Au cœur de la relation : confidentialité des projets, neutralité<br />
commerciale, et qualité de l’accompagnement scientifique.<br />
tRaitER dEs Cas d’ENVERGURE<br />
Le passage sur un supercalculateur permet de changer de<br />
point de vue : ne plus limiter la taille de ses modèles en fonction<br />
de la mémoire de sa machine, mais adapter sa configuration<br />
de calcul au besoin de sa simulation.<br />
Martin Garot, Ingénieur au CEVAA, centre d’essais dédié aux<br />
vibrations et à l’acoustique basé à Rouen, témoigne : « concrètement,<br />
au-delà de quelques millions de degrés de liberté, les<br />
modèles ne passent plus sur une station de travail. Je réalise<br />
alors toutes les étapes – maillage, calcul et post-traitement – sur le<br />
calculateur du Criann. La visualisation à distance m’apporte<br />
une grande fluidité dans la manipulation des modèles. »<br />
aCCéléRER lEs siMUlatioNs<br />
Accélérer les simulations permet de réduire les délais en<br />
phase de conception, y compris réaliser des plans d’expériences<br />
numériques avec des modèles conséquents. Par<br />
exemple, un calcul avec le logiciel libre d’EDF Code_Aster<br />
qui prenait 30 heures sur la station de travail d’une entreprise<br />
s’exécute en 2 heures sur le calculateur. « Code_Aster<br />
exploite les solveurs d’algèbre linéaire MUMPS et PETSc, qui<br />
ont été compilés de manière optimale en fonction de l’architecture<br />
du calculateur Myria », explique Patrick Bousquet-<br />
Mélou, responsable du support scientifique au Criann.<br />
1<br />
PFlop/s : 1015 opérations par seconde<br />
BéNéfiCiER d’UNE ExpERtisE<br />
EN CalCUl paRallèlE<br />
« Pour NEXIO, l’accompagnement des experts HPC du<br />
CALMIP et l’accès à son supercalculateur nous a permis de<br />
faire des simulations jusque-là inaccessibles et de décrocher<br />
des contrats à l’international. Aujourd’hui, NEXIO propose<br />
son expertise en simulation électromagnétique pour réaliser<br />
des études en CEM et RF avec tous les logiciels de référence<br />
du domaine. Par exemple : étude de conception d’antenne, de<br />
positionnement d’antenne sur avion, de rayonnement sur les<br />
personnes », partage Pascal de Rességuier, responsable du<br />
département RF & Simulation de Nexio www.nexiogroup.<br />
com (présent dans les secteurs Aéronautique, Spatial, Automobile<br />
et Industrie électronique et dans plus de 25 pays).<br />
lEs BéNéfiCEs dE siMsEo<br />
Les projets labellisés bénéficient d’une prise en charge à 50%<br />
par l’État (BPI France).<br />
Plateformes régionales<br />
du programme SiMSEO<br />
« Accompagnement de<br />
proximité et sur mesure<br />
des PME » piloté par<br />
Genci.<br />
Coordination nationale<br />
www.genci.fr<br />
Normandie<br />
www.criann.fr<br />
Grand Est (Reims)<br />
https://romeo.univ-reims.fr<br />
Grand Est (Strasbourg)<br />
http://www.cemosis.fr<br />
Auvergne-Rhône-Alpes<br />
www.maimosine.fr<br />
CONTACTS<br />
CRIANN – marie-sophie.cabot@criann.fr<br />
CALmIP – nadine.marouze@inp-toulouse.fr<br />
GENCI /SimSEO - elise.quentel@genci.fr<br />
Nouvelle Aquitaine<br />
www.snasa.fr<br />
Occitanie<br />
www.calmip.univ-toulouse.fr<br />
Les centres SiMSEO pour votre accompagnement de proximité<br />
© SiMSEO
<strong>Essais</strong> et modélisation<br />
Le serveur Pioneer fait appel a deux applications serveurs :<br />
« hercules » pour l’archivage et « tornado » pour les calculs.<br />
Les essais sont organisés suivant le type de moteur ou de<br />
banc. Une arborescence de visualisation permet la sélection<br />
des essais reliée à la base de données.<br />
Filtrage extraction<br />
Le point important dans l’architecture de traitement consiste<br />
à pouvoir « filtrer et extraire les données ». L’outil peut donc,<br />
à partir de données temporelles, calculer par exemple des<br />
spectres et extraire les principaux composants.<br />
Calcul des données<br />
Les calculs importants :<br />
• les niveaux efficaces temporels dans des bandes de<br />
fréquences (RMS [1000-3000Hz par exemple)<br />
• l’analyse des maximums de la FFT et l’analyse des maximums<br />
d’Ordres (évolution des niveaux de fréquences en<br />
fonction de la vitesse).<br />
Ce type de traitement se visualise comme ci-dessous (dans<br />
certains cas, il peut exister un langage interne pour définir<br />
ces traitements TH,ZMOD etc.).<br />
Extraction robot « Peak Detector »<br />
Pionner Data<br />
Nous avons développé un moteur permettant de définir les<br />
maximums. Calculer les pics d’un spectre peut paraître très<br />
simple en traitement du signal. Cela est vrai pour un cas<br />
d’école type sinusoïdale mais, dans la réalité, les signaux utiles<br />
sont additionnés avec le bruit ou avec d’autres informations.<br />
Nous avons donc défini :<br />
• Quatre types de valeurs de données « validation »<br />
- non valide<br />
- bonne<br />
- mauvaise<br />
- suspecte<br />
• un algorithme « Data Mining » calculant automatiquement<br />
le bruit de fond pour le soustraire et donner le spectre<br />
des maximums. Cet algorithme confidentiel a nécessité de<br />
longues heures de travail. Il est basé sur des calculs statistiques.<br />
La copie d’écran ci-dessous donne l’exemple d’une partie des<br />
résultats finaux de l’outil.<br />
Du fait du très grand nombre de données de mesure dynamique,<br />
il a fallu développer de nouveaux outils grâce à l’émergence<br />
du Big Data. Une nouvelle base de données et un<br />
robot automatique ont permis d’augmenter la performance<br />
d’analyse. Un de nos clients motoriste a réalisé une étude de<br />
performance montrant un gain conséquent. Cet outil et ce<br />
concept peuvent s’adapter à d’autres applications où de grands<br />
volumes de mesures physiques sont nécessaires. ●<br />
Christophe Marcadet,<br />
Ingénieur technico-commercial HGL Dynamics France<br />
16I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
iXblue, votre partenaire<br />
pour la simulation<br />
de mouvements<br />
hautes performances<br />
publi-communiqué<br />
La fiabilité des données de positionnement<br />
est un aspect crucial pour tout<br />
équipement faisant appel à l’inertiel.<br />
Parce qu’une donnée fiable repose sur<br />
des moyens de test précis, ainsi que sur<br />
une connaissance pointue des capteurs<br />
inertiels devant être testés et calibrés, les<br />
simulateurs de mouvements sont des<br />
équipements stratégiques, autant pour<br />
la conception que pour la production de<br />
capteurs inertiels, ou encore pour leur<br />
vérification et maintenance une fois en<br />
fonction sur le terrain.<br />
Reconnue mondialement pour la conception et la production de capteurs inertiels<br />
hautes performances, l’offre d’iXblue s’étend également à une gamme complète de<br />
simulateurs de mouvements mono-axe, multi-axes, et de centrifugeuses permettant<br />
les tests et l’étalonnage de composants inertiels (accéléromètres, IMU, INS,<br />
MEMS, AHRS, AOCS…), de systèmes de guidage inertiels, d’autodirecteurs et<br />
de capteurs optiques.<br />
Chaque année, ce sont ainsi des millions de capteurs et systèmes inertiels qui<br />
sont conçus, étalonnés et contrôlés grâce aux simulateurs de mouvements iXblue<br />
pour des applications aussi variées que l’aviation civile et militaire, le spatial,<br />
la défense terrestre et navale, la recherche, ou encore la production d’appareils<br />
mobiles (smartphones, montres connectées, tablettes…), de véhicules autonomes<br />
(voitures, drones, robots…) ou d’équipements de réalité augmentée (casques,<br />
lunettes connectées…).<br />
Capitalisant sur plus de 60 années d’expertise, les simulateurs iXblue offrent des<br />
performances de positionnement et de vitesse inégalées sur le marché grâce à<br />
divers brevets qui garantissent la fiabilité et la précision des résultats notamment :<br />
Sinus adaptatif<br />
Permettant de réaliser des mesures sur une gamme de fréquence étendue, la fonction<br />
de sinus adaptatif permet la simulation de mouvements la plus juste possible<br />
afin de garantir les performances du simulateur même à fréquences élevées, répondant<br />
ainsi à l’évolution des systèmes à tester.<br />
EVO-10S : Simulateur mono-axe compact<br />
Auto-tuning<br />
La capacité d’ajustement automatique de la boucle de contrôle des simulateurs<br />
iXblue (auto-tuning) permet à l’utilisateur d’identifier automatiquement les paramètres<br />
d’inerties et de frottements des charges utilisées et ainsi d’ajuster les gains<br />
d’asservissement de manière optimale par rapport à ces charges. L’automatisation<br />
de ces réglages apporte de la souplesse dans l’utilisation des simulateurs en<br />
permettant notamment à l’utilisateur de multiplier les charges utiles de manière<br />
autonome, efficiente et répétable.<br />
Anti-coupling<br />
Développée et brevetée par iXblue, la fonction de réduction du couplage entre<br />
axes (anti-coupling) améliore les performances de simulation de mouvements en<br />
intégrant les perturbations dues aux mouvements des différents axes (force de<br />
Coriolis, force centrifuge…) dans les consignes d’asservissement de chacun d’eux.<br />
Anti-cogging<br />
S’appuyant sur la capacité des simulateurs de mouvement iXblue à identifier les<br />
paramètres inertiels de chaque axe, la fonction de réduction du cogging permet<br />
de minimiser l’influence des variations de couple du moteur sur la simulation de<br />
mouvements permettant des stabilités et exactitudes de vitesses inégalées.<br />
EVO-30L : Simulateur 3-axes à hautes capacités dynamiques<br />
Tom Carron, Sales Manager Europe :<br />
tom.carron@ixblue.com<br />
www.ixblue.com
MESURES<br />
Entretien<br />
Des développements toujours plus<br />
nombreux pour Kistler dans l’aérospatial<br />
Fort d’une soixantaine d’années d’existence,<br />
le Suisse Kistler poursuit ses développements<br />
dans l’aéronautique. Responsable grands comptes<br />
Aéronautique et spatial au sein de l’activité Sensor<br />
Technology de Kistler France, Julien Cheret nous<br />
fait part de quelques applications significatives.<br />
Julien Cheret<br />
Responsable grands comptes Aéronautique<br />
et spatial au sein de l’activité Sensor<br />
Technology (ST) de Kistler France<br />
et « Business Driver » de l’activité Test<br />
et Mesure, Julien Cheret est arrivé<br />
chez Kistler il y a dix ans.<br />
Que représentent l’aéronautique et le spatial<br />
dans les activités de Kistler et dans l’activité ST ?<br />
Historiquement, Kistler est positionné sur le marché automobile,<br />
secteur qui représente encore 75% du chiffre d’affaires.<br />
En revanche, dans l’activité Sensor Technology et notamment<br />
dans la partie Test et Mesure, l’aérospatial occupe une<br />
place croissante et plus importante : 40% (60% si on y ajoute<br />
la défense). Nous travaillons avec de nombreuses entreprises<br />
du secteur et, pour ma partie, des grands comptes tels qu’Airbus,<br />
Safran, le Cnes ou encore Ariane Group.<br />
Comment évoluent ces marchés ?<br />
Après le boom de ces dernières années, l’aéronautique et<br />
le spatial arrivent en haut de cycle même si ces marchés<br />
demeurent très dynamiques. Et si l’absence de nouveaux<br />
programmes et l’abandon de l’A380 Neo impactent certains<br />
clients, notamment ceux positionnés sur les essais en vol,<br />
beaucoup se reportent sur de nouvelles tendances : les avionneurs<br />
désirent fabriquer eux-mêmes certains de leurs matériels<br />
comme les nacelles… à l’image du projet NIS (Nacelle<br />
Systems Integration) porté par Airbus, pour qui nous fournissons<br />
des microphones piézoélectriques haute température.<br />
Parmi vos applications les plus remarquables,<br />
que pouvez-vous nous citer ?<br />
Dans le domaine de l’usinage, nous travaillons avec Airbus à<br />
Nantes sur des problématiques de perçage vibrant de pièces «<br />
sandwich », composées de titane et de carbone, sur lesquelles<br />
nous intégrons des capteurs de force piézo-électriques afin<br />
de détecter et mesurer les efforts de perçage… et d’éviter<br />
par exemple que des copeaux non fragmentés ne viennent<br />
se loger dans la matrice carbone.<br />
Dans le domaine du spatial, la propagation des micro-vibrations<br />
impactent fortement les satellites. Dans le cadre du<br />
projet d’observation de la Terre Pléiades Neo lancé par Airbus<br />
Defense and Space (ex Astrium), nous avons mis au point<br />
une solution complète d’accéléromètres pour mesurer et valider<br />
les micro-vibrations durant toute la phase de développement<br />
de l’instrument à l’assemblage final ; l’objectif de cette<br />
solution pour Airbus est de ne rouvrir à aucun moment les<br />
appareils pour changer les accéléromètres en fonction de<br />
l’essai à mener (ce qui habituellement génère des pertes de<br />
temps et des risques de pollution). ●<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
Pour le reste, nos autres clients font appel à Kistler pour<br />
de multiples solutions visant à faire face à des exigences de<br />
disponibilité toujours plus grandes, à l’instar des spécialistes<br />
de la qualification de matériaux pour qui nous développons<br />
des solutions les aidant à mesurer l’usure de pièces de friction<br />
telles que les bagues situées sur les mâts des attachements<br />
de moteurs d’avion.<br />
18I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
MESURES<br />
Focus PME<br />
La division Consulting et essais<br />
de dBVib poursuit sa croissance<br />
Des trois activités de la société iséroise dBVib, s’il y en a une qui a encore davantage crû que les autres,<br />
c’est bien celle qui a trait à la partie étude et expertise d’essais et de mesure. Dirigé par Damien Pélisson,<br />
dBVib Consulting ne cesse d’investir dans de nouveaux équipements et s’apprête de nouveau à s’agrandir.<br />
Solidement implantée à l’entrée de la ville de Vienne,<br />
commune de l’Isère bien connue pour son célèbre festival<br />
de jazz, dBVib Groupe est composé de trois sociétés :<br />
dBVib Ingénierie, dBVib Instrumentation et dBVib Consulting.<br />
Cette dernière entité « est chargée de mener des études<br />
d’expertise en matière de vibrations, acoustique et autre thermographie<br />
infrarouge », précise son directeur Damien Pélisson.<br />
Historiquement spécialisé dans la vibration – d’où son<br />
nom « dBVib » – ce département réalise des prestations de<br />
tests et de mesures ; pour ce faire, il abrite un laboratoire d’essais<br />
de 400 mètres carrés composé de pas moins de quatre<br />
pots vibrants – de puissances respectives de 13, 26, 60 et 65<br />
kilonewtons – mais aussi de plusieurs chambres climatiques<br />
destinées à coupler les essais vibratoires avec des sollicitations<br />
thermiques, afin de tester des pièces sous le capot des<br />
moteurs de voiture par exemple. Le laboratoire est également<br />
en mesure de mener des essais de pression d’air et d’huile,<br />
notamment pour les flexibles.<br />
d’activités, d’autres ne sont pas du tout équipés et ont besoin<br />
de nos services pour des prestations ponctuelles ». Pour les<br />
premiers, les équipes de dBVib Consulting apportent la vérification<br />
de la tenue d’une pièce en fonction des spécifications<br />
données par le constructeur, qu’il s’agisse d’un petit<br />
ou d’un grand compte.<br />
La réactivité et l’investissement :<br />
deux clefs du succès<br />
Depuis son inauguration il y a bientôt huit ans, le laboratoire<br />
d’essais de dBVib Consulting a fortement grossi son<br />
activité, en raison du re-dynamisme des affaires mais pas<br />
seulement ; « il y a un besoin croissant des entreprises industrielles<br />
en matière de réactivité car ce marché – de sous-traitance<br />
essentiellement – devant répondre à des délais de plus en<br />
plus courts », explique Damien Pélisson. À cela s’ajoute l’inévitable<br />
question de la validation d’essais et du passage de la<br />
pièce de prototype à sa phase d’industrialisation.<br />
Exemple d’un essai combiné vibrations et climatique en cours<br />
Installation du dernier pot vibrant de 65 KN en avril 2018<br />
On l’aura compris, les principaux secteurs visés sont l’automobile<br />
et le ferroviaire, deux domaines d’activités en croissance<br />
depuis la sortie de la crise de 2008 et depuis 2013,<br />
année de création de dBVib Consulting. « Nous réalisons<br />
des essais pour deux types de clients : certains sont déjà équipés<br />
de moyens d’essais et font appel à nous pour des surplus<br />
20I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
mesures<br />
Exemple de simulations numériques des<br />
phénomènes vibratoire sur des structures<br />
Au critère éminemment technique<br />
s’ajoute donc la réactivité, véritable<br />
maître-mot dans la stratégie de dBVib<br />
Consulting, mais pas seulement. L’investissement<br />
se révèle également être<br />
une clef de succès pour la division. Au<br />
fil des ans, et de façon régulière, l’entreprise<br />
a investi dans des pots vibrants,<br />
des machines de tests et des instruments<br />
de mesure mais également dans<br />
des outils de simulation venant en appui<br />
des prestations d’essais, en collaboration<br />
avec un bureau d’études externe –<br />
dans le but de se focaliser sur son cœur<br />
de métier, la vibration et l’acoustique.<br />
« Nous travaillons à partir d’une solution<br />
NX de Siemens à la fois pour des<br />
opérations de modélisation, de calcul<br />
et de l’analyse modale numérique, de<br />
manière à apporter une réponse vibratoire<br />
et acoustique de la pièce. Nous<br />
disposons ainsi de toute la suite logicielle<br />
NX pour du calcul mais aussi afin<br />
de faire du prévisionnel pour de l’outillage<br />
ou du rayonnement pour le compte<br />
de clients afin d’améliorer ou de modifier<br />
la géométrie et les caractéristiques<br />
des pièces. »<br />
Autre type d’investissement, mais qui<br />
cette fois se révèle être autant une<br />
conséquence du succès qu’une anticipation<br />
de nouvelles demandes de la<br />
part de ses clients, l’acquisition d’un<br />
terrain voisin de dBVib ; ce nouveau<br />
projet d’extension concerne le laboratoire<br />
d’essais qui, d’ici la fin de cette<br />
année, augmentera significativement sa<br />
surface. De quoi accueillir de nouveaux<br />
équipements dans les années à venir… ●<br />
olivier Guillon<br />
PARTENAIRES TEST & MESURES<br />
Pour aller plus loin…<br />
une équipe de passionnés au service<br />
au<br />
de<br />
service<br />
vos projets<br />
de vos projets.<br />
Publi-Communiqué<br />
Pour aller plus loin... une équipe de passionnés<br />
Leasametric est une des rares entreprises Françaises a être précurseur dans le domaine du test et Mesure,<br />
et partenaire des secteurs innovants. Elle a aujourd’hui l’avantage de répondre à toutes les demandes en<br />
Equipements de test et mesure : achat, location, réparation ou calibration via son Laboratoire certifié.<br />
L’intérêt de se rapprocher de professionnels maîtrisant les appareils de Test<br />
& Mesure de toutes les grandes marques, est d’avoir un avis impartial quant<br />
aux choix et solutions optimales nécessaires à la réussite des tests même en<br />
environnements sévères.<br />
Lesametric qui a consolidé sa croissance<br />
vers l’Europe avec l’ouverture d’un bureau<br />
en Belgique, présage d’une belle<br />
croissance avec ses recrutements à venir.<br />
Tél. +331 644 644 22<br />
www.leasametric.com<br />
4, Avenue de Norvège<br />
91140 Villebon s/Yvette<br />
FRANCE<br />
<strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I21
MESURES<br />
Entretien<br />
Des solutions NVH toujours plus<br />
innovantes pour les véhicules<br />
classiques et électriques<br />
Oros met à disposition de ses clients du monde automobile plus de trente ans d’expérience<br />
et de savoir-faire en NVH. Rencontre avec Guillaume Cousin, Product Manager au sein d’Oros.<br />
Oros se positionne comme un acteur reconnu en essais de<br />
bruit et vibration (NVH). Pouvez-vous nous en dire plus ?<br />
Oros est une PME française crée en 1985 qui regroupe plus<br />
de quarante collaborateurs. Nos produits sont fabriqués en<br />
France et distribués dans le monde entier : 80% de notre<br />
chiffre d’affaires est réalisé à l’export. Nous avons des filiales<br />
aux États-Unis, en Allemagne et en Chine, ainsi qu’un vaste<br />
réseau de distribution à l’international. Dans les années 90,<br />
nous avons été pionniers en lançant les premiers analyseurs<br />
FFT portables basés sur laptops. Quinze ans plus tard, nous<br />
nous sommes focalisés sur le développement de solutions<br />
logicielles applicatives : une interface pensée pour l’application<br />
est clé pour permettre à nos clients d’atteindre le niveau<br />
d’efficacité qui leur est demandé.<br />
En parallèle, nous avons renforcé notre développement à l'international<br />
avec une forte présence en Chine et au Japon où<br />
est implanté notre client <strong>n°</strong>1 : Toyota. Si l’automobile reste<br />
notre plus grand marché, nos produits sont également utilisés<br />
dans le ferroviaire et l'aéronautique.<br />
Quelles solutions proposez-vous pour le secteur<br />
automobile ?<br />
Nous avons connu une forte croissance au niveau des applications<br />
NVH pour l'automobile ces dernières années. Dans<br />
cette dynamique, nous avons développé une solution exclusive<br />
d'analyse de chemin de transfert qui permet de réduire<br />
les bruits et les vibrations dans l’habitacle. En parallèle, nous<br />
avons fait l’acquisition de solutions logicielles éprouvées sur<br />
le marché pour la psychoacoustique, le design sonore, et la<br />
localisation de sources. Nos produits ont aussi la capacité de<br />
mesurer la puissance acoustique en nous appuyant sur des<br />
méthodes de pression et d'intensité acoustiques classiques.<br />
Par ailleurs, Oros est un leader historique sur l’analyse des<br />
machines tournantes en proposant notamment une technologie<br />
permettant un suivi d’ordre temps réel très précis même<br />
à haute vitesse. Grâce à celle-ci, nous proposons notamment<br />
des solutions dédiées pour l’équilibrage des composants<br />
typiques de l’automobile (turbocompresseur, vilebrequins<br />
etc.) ainsi que pour l’analyse des vibrations de torsion.<br />
Au niveau de l’analyse de structure nous proposons des<br />
méthodes performantes permettant d’optimiser la qualité<br />
d'usinage, en déterminant les modes de résonance des<br />
outils de coupes. Ceci vient évidemment en complément<br />
des analyses modales classiques sur les caisses et les composants<br />
divers de l’automobile.<br />
Enfin, nous avons lancé tout récemment MODS « Mobile<br />
DAQ System ». Il s’agit d’un DAQ ultra-portable, couplé à<br />
l’application mobile NVGo : il permet une acquisition très<br />
facile des signaux bruits et vibrations en véhicule.<br />
22I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
MESURES<br />
Dans votre démarche innovation,<br />
vous vous appuyez sur votre<br />
laboratoire R&D. Qu’en est-il ?<br />
Nous avons mis en place tout un processus<br />
pour l'innovation, la conception et<br />
la validation de nos produits. Nous nous<br />
appuyons sur notre propre laboratoire<br />
qui regroupe des équipements spécialisés<br />
: une chambre anéchoïque et d’autres<br />
équipements typiques du NVH (bancs<br />
tournants, antennes microphoniques,<br />
structures de tests…). Ces équipements<br />
nous permettent de nous mettre dans la<br />
situation de nos clients afin de mieux<br />
concevoir et tester nos produits. Nous<br />
nous appuyons aussi sur des clients<br />
pilotes privilégiés universitaires et<br />
industriels qui nous conseillent pour<br />
mieux concevoir, améliorer et valider<br />
nos produits.<br />
Quels sujets vous mobilisent<br />
actuellement ?<br />
Conscient des belles perspectives du<br />
NVH et en particulier de celui des<br />
véhicules électriques et hybrides, nous<br />
cherchons à consolider notre croissance<br />
sur ce marché. Nous mettons un focus<br />
tout particulier sur l’étude des nouveaux<br />
phénomènes liés au remplacement des<br />
moteurs thermiques par les moteurs<br />
électriques. Nous travaillons donc activement<br />
sur une offre dédiée et innovante<br />
pour répondre à ces nouvelles<br />
problématiques. ●<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
Applications spéciales<br />
capacitives pour le secteur<br />
aéronautique et spatial<br />
publi-communiqué<br />
MESURES DIMENSIONELLES SANS CONTACT<br />
www.capaab.fr / capaab92@gmail.com<br />
• Mesure du voile et d’épaisseur de disque de frein au banc ou sur aéronef<br />
Des capteurs – de 3 à 8 mm d’étendue de mesure – sont reliés à des conditionneurs de la série CAP 100. La bande passante<br />
s’étend du continu à quelques kHz. Le disque carbone constitue la cible typique. Une solution complète « clé en main »<br />
intégrant l’acquisition et le traitement des données pour affichage temps réel est disponible.<br />
• Mesure du jeu aubes / carter sur compresseur et turbine :<br />
Associés aux conditionneurs de la série CAP1800, il est possible d’obtenir des mesures de jeux avec une incertitude de<br />
quelques 10 µm sur toute la plage de vitesses de rotation. Deux types de traitement des mesures sont proposés : la plus<br />
simple consiste à donner la valeur rms, la plus complète consiste en une analyse du jeu aube par aube. Un système complet<br />
est disponible, incluant le système d’acquisition et le logiciel de traitement associé.<br />
• Mesure de la vibration des aubes par « tip timing »<br />
Pour une turbomachine, terrestre ou aéronautique, les vibrations d’aubes sont une cause majeure de défaillances. Avec<br />
l’emploi de capteurs capacitifs sans contact (identiques à ceux utilisés en mesure de jeu), couplés à la mesure des instants<br />
de passage de chaque aube, il devient possible de caractériser le comportement vibratoire de tout un étage. Avec un minimum<br />
de 3 capteurs, judicieusement disposés, il est possible d’obtenir une première caractérisation. Avec un plus grand<br />
nombre de capteurs capacitifs, les modes de vibrations aux fréquences élevées sont identifiés.<br />
MESURE DE VITESSE ET DE JEU AUBE CARTER SUR TURBOCOMPRESSEUR CRYOGÉNIQUE<br />
Les moteurs cryogéniques des lanceurs Ariane utilisent des turbocompresseurs chargés de délivrer l’oxygène et l’hydrogène<br />
sous haute pression. Une partie des gaz chauds est utilisée pour actionner la turbine. La photo présente un capteur capacitif<br />
à isolant céramique utilisé pour la mesure combinée, au banc d’essai, de la vitesse de rotation et du jeu aubes carter.
MESURES<br />
Solution<br />
Des accéléromètres<br />
à faible coefficient thermique<br />
Quand les essais associent des températures extrêmes et variables, les accéléromètres doivent être<br />
thermiquement stables pour garantir un résultat fiable.<br />
De nombreux environnements<br />
de test en aéronautique nécessitent<br />
des accéléromètres<br />
spécifiquement conçus pour résister à<br />
de grandes variations de température<br />
tout en maintenant une sortie en vibration<br />
stable. Les applications typiques de<br />
mesure des vibrations sont les tests de<br />
composants dans des enceintes climatiques,<br />
les essais sur moteurs et les<br />
essais en vol. Lors de ces tests en conditions<br />
réelles, les données de mesure sont<br />
collectées à des températures extrêmes<br />
dans des environnements comportant<br />
souvent des niveaux de vibration aléatoires<br />
élevés.<br />
PCB Piezotronics a développé une série<br />
d’accéléromètres LTC (Low Thermal<br />
Coefficient), à faible coefficient thermique,<br />
qui présentent des avantages<br />
considérables dans des applications à<br />
fortes variations de température. Ces<br />
accéléromètres se caractérisent par une<br />
construction thermiquement stable et<br />
de larges plages de température de fonctionnement.<br />
Leur intérêt, le coefficient<br />
de sensibilité à la température, est le<br />
pourcentage d’évolution de sensibilité<br />
par le degré de variation de température,<br />
mesuré en %/°C. Leur conception<br />
permet une très faible variation<br />
de sensibilité lors de gradients thermiques<br />
!<br />
En conditions réelles, les pièces internes<br />
des accéléromètres peuvent subir une<br />
dilatation ou une contraction thermique<br />
sollicitant une précharge de l'élément<br />
sensible et la modification du niveau<br />
de signal de l’accéléromètre. La figure<br />
1 illustre l’incidence de la température<br />
sur l’écart de sensibilité des accéléromètres<br />
piézoélectriques.<br />
Les données montrent la stabilité accrue<br />
d’un accéléromètre LTC - à faible coefficient<br />
thermique - comme le modèle<br />
339A30, sur une large plage de températures,<br />
avec un coefficient de température<br />
inférieur à 0,02% / °C, en comparaison<br />
aux conceptions céramiques. Souvent,<br />
les essais de vibrations aléatoires<br />
comportent des chocs mécaniques à<br />
haute fréquence, provoquées par les<br />
impacts métal sur métal de l'article à<br />
tester. Ces impacts ne font pas vraiment<br />
Figure 1 : Comment la température<br />
peut affecter la déviation de sensibilité<br />
d’un accéléromètre piézoélectrique<br />
partie de la mesure de vibration, mais<br />
peuvent amener les accéléromètres à<br />
entrer dans un état de saturation après<br />
surcharge, période pendant laquelle<br />
l'acquisition de données significatives<br />
n'est pas possible. La saturation de l'amplificateur<br />
se produit quand un accéléromètre<br />
est excité en dehors de la<br />
plage de mesure recommandée, lorsqu'il<br />
approche sa fréquence de résonance.<br />
Pour atténuer les effets de ces surcharges<br />
haute fréquence, PCB Piezotronics a<br />
24I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
mesures<br />
intégré aux accéléromètres LTC un filtre passe-bas qui garantit<br />
la précision des données dans la gamme de fréquences<br />
considérée et minimise les risques de saturation de l'amplificateur.<br />
Le filtre passe-bas laisse passer les signaux dont les<br />
fréquences sont inférieures à la fréquence de coupure spécifiée<br />
et atténue les signaux dont la fréquence est supérieure<br />
à la valeur de coupure.<br />
Les accéléromètres LTC – à faible coefficient thermique -<br />
de PCB Piezotronics présentent des sensibilités comprises<br />
entre 10 et 100 mV / g, une plage de fréquences de l’ordre de<br />
1 Hz à 10 kHz et des températures de fonctionnement entre<br />
-73 et +163 ° C. Ils sont hermétiquement scellés dans des<br />
boîtiers en titane et disponibles dans un certain nombre de<br />
configurations de montage pratiques telles que les versions<br />
à goujon, adhésives et à trou traversant (Figure 2), en fonction<br />
de l’application souhaitée. ●<br />
Figure 2 : Accéléromètres à faible coefficient thermique PCB Piezotronics<br />
Banc d’essais<br />
haute-fréquence pour<br />
support moteur<br />
Banc de tests permettant de mesurer<br />
la raideur dynamique et le facteur de<br />
perte de supports élastomères, avec<br />
une plage de fréquence allant de<br />
50 Hz à 3 000 Hz, et une précharge<br />
pouvant être comprise entre 0 et<br />
5 000 N.<br />
Solution clé-en-main bénéficiant<br />
de notre expérience en expertise<br />
et en conception de banc d’essais.<br />
www.ahlersheinel.de<br />
© Fraunhofer LBF, Darmstadt<br />
m+p international Sarl<br />
5, rue du Chant des Oiseaux<br />
78360 Montesson<br />
Tél. : +33 130 157874<br />
sales.fr@mpihome.com<br />
www.mpihome.com<br />
<strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I25
MESURES<br />
En application<br />
Analyse vibratoire non-linéaire d’un F-16<br />
sur base de données GVT – Démonstration<br />
du logiciel NI2D de Nolisys<br />
Afin de répondre à un besoin croissant des industries<br />
aérospatiales et mécaniques, Nolisys, société spin-off<br />
de l’Université de Liège (Belgique), développe et<br />
commercialise des solutions d’analyse vibratoire<br />
avancée.<br />
Résultats de vingt années de recherche dans le domaine,<br />
ces technologies permettent aux ingénieurs essais<br />
et calculs d’évaluer et modéliser avec une confiance<br />
accrue le comportement dynamique de leurs structures. En<br />
particulier, les industriels font appel à Nolisys et son logiciel<br />
NI2D pour analyser leurs données expérimentales et<br />
modéliser les comportements vibratoires non-linéaires, lors<br />
des phases de design et de certification de leurs structures.<br />
À l’heure actuelle, les industries du transport et de l’énergie<br />
sont mises sous contrainte pour réduire leurs coûts et<br />
temps de développement tout en maintenant des objectifs<br />
de performance technique et environnementaux stricts. Une<br />
tendance notamment motivée par la vision européenne 2020<br />
pour le secteur aéronautique, qui prévoit une réduction de<br />
50% des émissions par passager par kilomètre parcouru.<br />
Ces contraintes entrainent le développement de structures<br />
assemblées de plus en plus légères et flexibles et, par conséquent,<br />
prônes à des comportements vibratoires non-linéaires<br />
exacerbés.<br />
Les comportements non-linéaires sont causés par le contact<br />
et la friction entre sous-structures, par la présence de<br />
connexions boulonnées, ou encore par l’utilisation de matériaux<br />
tels que les élastomères. Ils se manifestent habituellement<br />
par des résonances inattendues, et mettent les fabricants<br />
et assembleurs face à des difficultés considérables. Dans le cas<br />
des structures aéronautiques, ces phénomènes mènent, entre<br />
autres, à une réduction de l’enveloppe de vol, à une diminution<br />
de la durée de vie en fatigue, et à une baisse de confort<br />
pour les passagers. Pour les structures spatiales, ces non-linéarités<br />
s’avèrent également problématique puisqu’elles peuvent<br />
retarder voire interrompre la qualification d’un satellite, et<br />
donc mener à d’importants coûts et délais de production.<br />
Dans ce contexte, cet article a pour objectif de familiariser<br />
le lecteur avec les outils et méthodes existants pour l’analyse<br />
vibratoire non-linéaire, appliqués ici aux données issues du<br />
ground vibration test (GVT) d’un F-16.<br />
F-16 : Une grande adaptabilité source<br />
de non-linéarité<br />
Développé dans les années 70, le F-16 fait encore partie<br />
aujourd’hui des avions militaires les plus utilisés à travers le<br />
monde. Ce succès s’explique notamment par l’adaptabilité<br />
du F-16 vis-à-vis de ses charges utiles pour les différentes<br />
missions auxquelles il prend part.<br />
26I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
mesures<br />
Comme pour la plupart des avions militaires, l’analyse et la<br />
modélisation des interfaces aile-charges utiles du F-16 représentent<br />
un réel challenge pour les ingénieurs structure et<br />
aéroélasticité. Lorsque ces interfaces sont mises en charge par<br />
les forces aérodynamiques, comme par exemple la glissière<br />
aile-missile illustrée à la Figure 1, des sources de non-linéarité<br />
liées au contact et à la friction entre sous-composants s’activent.<br />
Ces dernières varient d’une charge utile à une autre,<br />
ce qui rend le comportement en vol du F-16 particulièrement<br />
difficile à prédire. Lorsqu’elles ne sont pas maitrisées<br />
et prises en compte, les vibrations non-linéaires résultantes<br />
mènent à une fatigue structurale accélérée, à des performances<br />
réduites et à une inefficacité opérationnelle marquée.<br />
En 2014, en collaboration avec Siemens Industry Software,<br />
Nolisys a mené à bien la campagne GVT d’un F-16 sur la<br />
base militaire belge de Saffraanberg. Pour ces tests, les forces<br />
excitatrices étaient amenées par deux shakers électrodynamiques<br />
situés en-dessous des ailes, et un ensemble d’accéléromètres<br />
permettait d’enregistrer les réponses de 145 degrés<br />
de liberté à travers la structure.<br />
Une analyse préliminaire des données expérimentales du<br />
GVT, reprise à la Figure 2, révèle des symptômes non-linéaires<br />
évidents tels que des distorsions des pics de résonance,<br />
et des glissements de réponses fréquentielles (FRFs)<br />
en amplitude et en fréquence, en fonction du niveau d’excitation.<br />
Ces glissements traduisent des variations en raideur<br />
et en amortissement de la structure, dues à l’activation de<br />
non-linéarité. Bien que les symptômes non-linéaires puissent<br />
être captés par une analyse des FRFs, ces dernières se révèlent<br />
cependant insuffisantes pour localiser les sources de non-linéarité,<br />
pour les comprendre et les caractériser.<br />
DJB Instruments<br />
33 bis rue Louis Maury FR-55100 VERDUN<br />
Tel +33 (0)3 29 86 51 24<br />
Email info@djb-instruments.com<br />
Web www.djbinstruments.com<br />
Accelerometers<br />
• Full range of IEPE & Charge output<br />
accelerometers<br />
• Engine, Turbo & Exhaust mount<br />
accelerometers to 900oC<br />
• Miniature single and triaxial<br />
accelerometers<br />
• DC MEMS Accelerometer Range<br />
• Impedance Head<br />
Instrumentation<br />
• Charge and Voltage Amplifiers<br />
• DC/AC/Battery powered options<br />
• IEPE Impact Hammers<br />
• Inline Signal Conditioning<br />
Cables & Accessories<br />
• Wide range of connectors available<br />
from stock<br />
• Cable assemblies manufactured to<br />
any length<br />
• Cable repairs for all manufacturers<br />
• Range of mounting accessories<br />
Training<br />
• For dates please visit our website<br />
<strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I27
MESURES<br />
Afin de pouvoir avancer dans la<br />
compréhension de la dynamique vibratoire<br />
non-linéaire du F-16, une analyse<br />
approfondie effectuée à l’aide d’outils<br />
adaptés s’avère donc nécessaire. L’approche<br />
suivie ici, basée sur le logiciel<br />
NI2D développé par Nolisys, va<br />
permettre non seulement l’interprétation<br />
des phénomènes non-linéaires<br />
observés expérimentalement, mais<br />
également la définition d’un modèle<br />
non-linéaire permettant de reproduire<br />
ces phénomènes numériquement. Cette<br />
approche se déroule en trois étapes<br />
successives : identification, modélisation<br />
et simulation.<br />
Identification des connexions<br />
non-linéaires<br />
La première étape consiste en la localisation<br />
des sources de non-linéarité<br />
sur la structure. Pour ce faire, la<br />
detection map permet, sur base des<br />
réponses temporelles collectées par<br />
les différents accéléromètres, de détecter<br />
quels capteurs ont enregistré du<br />
contenu vibratoire non-linéaire. Ainsi,<br />
il est possible de valider, ou non, la<br />
présence de non-linéarité, et de dresser<br />
une cartographie de la structure<br />
sur base de la localisation des capteurs<br />
associés aux non-linéarités. L’application<br />
de la detection map aux données<br />
du F-16, montrée à la Figure 3, confirment<br />
que les interfaces aile-charge utile<br />
représentent des sources de vibrations<br />
non-linéaires.<br />
Les différentes connexions non-linéaires<br />
de la structure détectées sur base de cette<br />
map peuvent être ensuite investiguées<br />
de manière à extraire les variations de<br />
raideur et d’amortissement qui y sont<br />
associées. Cette phase, appelée « caractérisation<br />
», s’effectue en analysant les<br />
réponses issues de deux capteurs situés<br />
de part et d’autre de chaque connexion<br />
non-linéaire. La procédure est illustrée à<br />
la Figure 4 sur l’interface aile-charge utile<br />
du F-16, et révèle une perte de raideur<br />
suivie d’une augmentation, lorsque<br />
les déplacements relatifs augmentent ;<br />
cela indique, pour des vibrations avec<br />
des amplitudes croissantes, une ouverture<br />
de la liaison glissière, suivie par des<br />
impacts. En ce qui concerne les forces<br />
d’amortissement, des forces aux allures<br />
de friction de Coulomb sont observées.<br />
Cette phase de caractérisation, bien que<br />
qualitative dans les résultats qu’elle rend,<br />
permet d’extraire à partir des données<br />
expérimentales des informations très<br />
riches sur la dynamique non-linéaire<br />
de la structure, en vue de l’amélioration<br />
de son modèle.<br />
Modélisation hybride<br />
de haute fidélité<br />
Il apparait évident que les modèles<br />
éléments finis utilisés classiquement<br />
par les industriels ne permettent pas<br />
de reproduire les phénomènes non-linéaires<br />
observés jusqu’ici. Afin de<br />
pallier ce manque de fidélité, l’approche<br />
proposée ici consiste à effectuer la création<br />
d’un modèle « hybride » non-linéaire,<br />
composé du modèle éléments<br />
finis initial auquel des connexions<br />
non-linéaires sont ajoutées sous forme<br />
de forces de raideur et d’amortissement.<br />
Cette phase de création est ensuite<br />
suivie du recalage des paramètres des<br />
connexions non-linéaires, sur base<br />
des données expérimentales. En fin de<br />
procédure, un modèle non-linéaire de<br />
haute fidélité de la structure est obtenu,<br />
montré en Figure 5 pour le cas du F-16.<br />
Simulation avancée<br />
Une preuve des capacités supérieures<br />
de ce modèle à reproduire les observations<br />
faites en test peut être observée<br />
en Figure 6. Sur ce graphe, il est montré<br />
28I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
MESURES<br />
que l’intégration temporelle effectuée sur base du modèle<br />
non-linéaire, contrairement au modèle éléments finis initial,<br />
permet de tenir compte de l’assouplissement de la structure,<br />
et du glissement de certaines de ses résonances. Le modèle<br />
non-linéaire de la structure peut également être utilisé pour<br />
d’autres types de simulation, telles que le calcul de contrainte<br />
ou l’analyse modale non-linéaire. Par le biais de cette dernière,<br />
l’effet des non-linéarités sur les propriétés modales (déformées,<br />
fréquences propres et facteurs d’amortissement) sont<br />
calculées et amènent une base de données supplémentaires<br />
à comparer avec les résultats expérimentaux.<br />
En conclusion, la présente analyse effectuée sur les données<br />
GVT d’un F-16 a démontré qu’à l’aide des outils proposés<br />
dans le logiciel NI2D, il était désormais possible pour les<br />
industriels de lever les incertitudes sur l’impact des vibrations<br />
non-linéaires, et de valider un modèle fiable pour simuler<br />
celles-ci. ●<br />
Marwan Radi,<br />
Business Development Manager, Nolisys<br />
Thibaut Detroux,<br />
PhD & Managing Director, Nolisys<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I29
MESURES<br />
Simulation numérique<br />
Un logiciel pour innover dans le domaine<br />
des métamatériaux pour l’absorption<br />
et l’isolation acoustique<br />
Afin de se conformer à des normes de plus en plus contraignantes en matière d’isolation acoustique,<br />
notamment en basse fréquence, dans le domaine des transports, MetAcoustic a mis au point une solution<br />
innovante à base de méta-matériaux et de simulations vibroacoustique à l’aide du logiciel Comsol Multiphysics<br />
et de son module Acoustics.<br />
Au sein de l'entreprise MetAcoustic,<br />
société d'ingénierie<br />
et de R&D en acoustique<br />
et vibration, Damien Lecoq s'appuie<br />
sur sa bonne compréhension des<br />
phénomènes vibroacoustiques et sur<br />
son expertise en mesure et simulation,<br />
notamment par la méthode des<br />
éléments finis, pour proposer des solutions<br />
innovantes, telles que l'utilisation<br />
des métamatériaux. Sous son impulsion,<br />
la société spécialisée dans les méta-matériaux<br />
a choisi le logiciel de simulation<br />
numérique Comsol Multiphysics et<br />
son module Acoustics afin de mettre en<br />
œuvre des solutions originales, singulièrement<br />
en isolation acoustique basse<br />
fréquence.<br />
Méta-matériau utilisé pour les vibrations<br />
acoustiques dans l'isolation<br />
Interface Comsol Multiphysics<br />
montrant un échangeur de chaleur<br />
Les méthodes classiques d’isolation<br />
acoustique en basse fréquence nécessitent<br />
en effet des matériaux denses et<br />
épais, donc difficiles à mettre en œuvre,<br />
par exemple dans un véhicule. Tout<br />
simplement parce qu’à basse fréquence,<br />
typiquement inférieure à 500Hz, la taille<br />
caractéristique de l’onde acoustique<br />
qui se propage est de l’ordre du mètre.<br />
Toutefois, l’utilisation de méta-matériaux<br />
change radicalement la donne, en<br />
offrant des isolants de faible épaisseur,<br />
pratiques à mettre en œuvre pour un<br />
coût et des performances inégalés. Sorte<br />
de petite révolution dans le domaine de<br />
l’isolation basse fréquence.<br />
Des matériaux complexes<br />
Les méta-matériaux (ici en acoustique)<br />
sont des matériaux composites, constitués<br />
d’une matrice et de renfort. Ce sont<br />
des matériaux structurés de façon non<br />
naturelle, et modifiables par le biais d’inclusions<br />
supplémentaires (comme des<br />
tubes rigides) dans une matrice, souvent<br />
du polyuréthane. Le volume des inclusions<br />
peut atteindre 50% du volume total<br />
Damien Lecoq, associé de la société Metacoustic,<br />
lors de sa présentation aux Comsol Days de Paris, le 4 avril dernier<br />
30I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
MESURES<br />
du matériau. Le but du réseau d’inclusions est de piéger le son.<br />
Les méta-matériaux ont plusieurs avantages. Ils sont accordables<br />
en fonction des problématiques rencontrées, plus particulièrement<br />
des épaisseurs et des fréquences en jeu. Ils sont en<br />
général deux fois plus légers et trois fois plus fins que les matériaux<br />
classiques (pour une même fréquence acoustique donnée).<br />
Toute la difficulté consiste à accorder la taille et la distribution<br />
spatiale des inclusions dans la matrice selon un cahier<br />
des charges donné. L'isolation acoustique implique la prise<br />
en compte de l'acoustique et des vibrations des matériaux<br />
intermédiaires entre la source sonore et la zone à isoler. Et<br />
seule une prise en compte couplée de ces deux physiques est<br />
à même de modéliser correctement et avec précision ce qui<br />
se passe. C’est ce point qui a conduit MetAcoustics à utiliser<br />
Comsol Multiphysics et son module Acoustics, pour sa capacité<br />
à simuler ces deux physiques et leurs couplages, avec par<br />
exemple la simulation des effets d'interférence, de résonance,<br />
de réflexion au niveau des différentes inclusions. Les interférences<br />
permettent de définir des bandes de fréquences interdites<br />
pour la propagation du son dans le matériau. Les propriétés<br />
de résonance permettront de piéger l'énergie sonore dans le<br />
matériau, réduisant d'autant la part disponible pour la transmission<br />
du son. Il est ainsi possible de prédire avec précision<br />
l’efficacité d’un méta-matériau pour une application spécifique.<br />
Le marché évoluant, de nouvelles demandes d’optimisation<br />
et de conception font aussi leur apparition, par exemple pour<br />
alléger les structures. Ces exigences entrainent des modifications<br />
qui peuvent altérer la qualité vibroacoustique du<br />
dispositif tout entier et nécessitent des simulations supplémentaires.<br />
De plus, MetAcoustic compare systématiquement<br />
les résultats de simulation avec des mesures, et exploite l’estimation<br />
de paramètres disponible avec le module Optimization<br />
de Comsol Multiphysics, afin d’obtenir des données<br />
matériaux les plus fiables possibles pour ses calculs. MetAcoustic<br />
exploite largement le calcul parallèle et les ressources<br />
du Cloud possible avec Comsol Multiphysics, afin de résoudre<br />
des modèles les plus proches des applications, et de fait<br />
souvent gourmands en ressources informatiques ! ●<br />
Solution<br />
m+p lance un nouveau banc de mesure<br />
de raideur<br />
Le banc d’essais vibratoire m+p HFDST-3000-E développé<br />
par m+p international permet de mesurer la raideur dynamique<br />
et le facteur de perte des supports élastomère dans une<br />
gamme de fréquences jusqu’à 3 000 Hz. Le but de ce banc d’essais<br />
haute-fréquence est de caractériser dynamiquement des<br />
supports moteur, des supports châssis, des amortisseurs de<br />
vibrations, etc. sous une précharge statique. Le banc d’essais<br />
mesure la raideur dynamique du spécimen dans une gamme de<br />
250 à 50 000 N/mm pour des fréquences allant de 50 à 3 000 Hz.<br />
La capacité des supports élastomère utilisés dans l’automobile<br />
(afin de réduire la transmission des vibrations<br />
dans la voiture) à transmettre les vibrations est caractérisée,<br />
entre autres, par la raideur dynamique du support.<br />
Conséquence du développement des véhicules hybrides et<br />
électriques, la demande pour caractériser la raideur dynamique<br />
sur des plages de fréquences de plus en plus hautes<br />
ne cesse d’augmenter.<br />
Le m+p HFDST-3000-E repose sur un excitateur électrodynamique<br />
qui peut être utilisé avec différents modes d’essais<br />
définis dans le logiciel de contrôle de vibrations m+p<br />
VibControl. Vibrateur, spécimen, capteurs et masse sismique<br />
sont isolées des vibrations extérieures.<br />
Le système de contrôle de vibrations fourni est un produit<br />
standard et est constitué du logiciel m+p VibControl et du<br />
matériel d’acquisition m+p VibRunner comportant, par<br />
exemple, 16 voies d’entrée. Tous les paramètres et les mesures<br />
effectuées sont consignés dans un fichier résultat : ces fichiers<br />
peuvent être analysés directement pendant la réalisation de<br />
l’essai, ou utilisés a posteriori pour l’analyse, pour générer<br />
des rapports, ou pour le dépannage. ●<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I31
Systèmes de Tests et Mesures<br />
EN ACOUSTIQUE ET VIBRATIONS<br />
Instruments • Logiciels • Services<br />
OROS, L’EFFICACITÉ ET LA FIABILITÉ<br />
À LA MESURE DE VOS ENJEUX<br />
www.oros.fr<br />
CONÇUS<br />
ET FABRIQUÉS<br />
EN FRANCE<br />
LES INSTRUMENTS TEAMWORK<br />
• Analyseurs de bruit et vibrations<br />
• De 2 à + de 1000 voies<br />
• Configuration distribuée<br />
• Portables & robustes<br />
• Analyse embarquée temps réel<br />
• Gestion multi-capteurs<br />
• Système d’acquisition de données<br />
ultra-portable<br />
OPTIMISATION DE VOS MESURES<br />
• NVH<br />
• Dynamique des structures<br />
• Analyse acoustique : puissance, intensité,<br />
psychoacoustique, design sonore,<br />
localisation de sources, holographie<br />
• Analyse des chemins de transfert<br />
• Analyse de moteurs et machines tournantes<br />
• Intégration en bancs d’essai<br />
Pamplemousse.com - Crédit photos : OROS, No Comment, Shutterstock.
dossier<br />
L’ETTC, la grande conférence<br />
mondiale des essais en vol,<br />
revient en juin à Toulouse !<br />
La Conférence Européenne du Test et de la Télémesure (ETTC) se déroulera à Toulouse du 11 au 13 juin.<br />
Responsable des moyens d’instrumentation essais en vol au Centre d’essais et intégration chez Airbus<br />
à Toulouse, et secrétaire exécutif du Comité de programme de la conférence ETTC, Gilles Fréaud nous en dit<br />
plus sur un événement très attendu.<br />
Comment décrire cet événement et quels en seront<br />
les temps forts ?<br />
L’ETTC est le rendez-vous annuel international adressant<br />
les sujets du test, de l’instrumentation, des mesures et de la<br />
télémesure (…) pour le domaine du transport en général<br />
même si celle-ci reste très orientée aéronautique. Au total,<br />
plus de cinquante présentations techniques sélectionnées.<br />
Plus qu’une simple conférence, l’ETTC permet d’échanger<br />
avec ses pairs – on attend près de 350 personnes, d’étendre<br />
son réseau professionnel, de connaitre les nouveaux standards,<br />
d’améliorer ses connaissances et d’échanger avec<br />
trente-cinq fournisseurs majeurs de ce domaine d’activité.<br />
À cette occasion, la SFTE fêtera son 50 e anniversaire<br />
avec l’ETTC à Toulouse. Quel est le rôle de cette société<br />
d’ingénieurs ?<br />
Plus globalement, au niveau de la région, quelle place<br />
occupent les essais aéronautiques et spatiaux ?<br />
Le tissu industriel est riche dans le domaine des essais<br />
aéronautiques – avec bien sûr le centre d’essais d’Airbus<br />
d’avion commerciaux à Toulouse, les Hélicoptères à Marignane,<br />
Dassault et les nombreux centre de la DGA à Istres,<br />
Cazaux, Biscarosse, le CEAT (DGA-TA) – et des essais<br />
spatiaux avec le CNES, Intespace, Thales Alenia Space, Airbus<br />
Defense&Space…<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
Où ? Au centre des congrès Pierre Baudis, à Toulouse<br />
Quand ? Du 11 au 13 juin 2019<br />
Langage : Anglais<br />
EN SAVOIR PLUS > vwww.see.asso.fr/ETTC2019<br />
La SFTE (Society of Flight Test Engineers) est un groupe<br />
international d’ingénieurs dont l’intérêt principal est l’essai<br />
en vol des véhicules aérospatiaux. Son objectif est de faire<br />
progresser l’ingénierie des essais en vol dans toute l’industrie<br />
aérospatiale en échangeant dans les domaines des opérations,<br />
analyses, instrumentation et systèmes de données.<br />
Quels grands thèmes seront abordés lors des conférences ?<br />
ETTC se focalise cette année sur les nouvelles technologies<br />
pour acquérir, transmettre, stocker, traiter et analyser de<br />
grandes quantités de données appliquées au monde du test.<br />
Une session plénière présentera les nouveaux démonstrateurs<br />
d’Airbus, les nouvelles technologies appliquées au nano-satellites<br />
et la validation des véhicules autonomes chez Renault.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I33
dossier<br />
Entretien<br />
Le pôle ASTech Paris Région<br />
entame sa nouvelle feuille de route<br />
Pôle de compétitivité labellisé en 2007, ASTech Paris<br />
Région se montre toujours très dynamique, fort de<br />
ses 330 établissements membres, parmi lesquels des<br />
laboratoires d’essais majeurs en France et en Europe.<br />
Présent sur le Salon international de l’aéronautique<br />
et de l’espace (SIAE) du Bourget, le pôle entend<br />
aujourd’hui, à travers sa nouvelle feuille de route<br />
stratégique 2019-2022, accompagner ses membres<br />
vers l’international et toujours plus vers la<br />
digitalisation.<br />
Philippe Birr<br />
Directeur du développement au sein<br />
de Sopemea (groupe Apave), Philippe Birr<br />
anime le Domaine Thématique « Smart<br />
systems : Capteurs, Connectivité, Données<br />
et <strong>Essais</strong> » du pôle de compétitivité ASTech<br />
Paris Région.<br />
© AIRBUS<br />
A320neo<br />
34I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
Quelle place occupent les essais<br />
en région Île-de-France ?<br />
Il existe dans la région francilienne une<br />
très forte concentration de laboratoires<br />
d’essais en environnement, d’une part<br />
par la présence des industriels et de<br />
grands groupes tels qu’Airbus, Safran ou<br />
Thales, et d’autre part des grands laboratoires<br />
académiques tels que l’Onera.<br />
Enfin, sont également présents sur le<br />
territoire de grands prestataires d’essais,<br />
à commencer par le LNE, Sopemea et<br />
Emitech sans oublier les équipes d’enseignement<br />
(ESTACA, Supméca, IPSA…)<br />
Globalement, le marché est dynamique,<br />
même s’il manque aujourd’hui un<br />
nouveau programme aéronautique, les<br />
laboratoires d’essais intervenant essentiellement<br />
dans les phases de conception,<br />
peu en phase de production.<br />
Quelle est l’actualité du pôle ASTech<br />
Paris Région ?<br />
Le pôle montre une belle dynamique.<br />
Nous avons la confiance de nos investisseurs<br />
et la nouvelle feuille de route<br />
maturée par les acteurs durant deux ans<br />
va dans le bon sens. Elle a donné lieu<br />
à une refonte globale de nos Domaines<br />
Thématiques pour être au plus près des<br />
préoccupations technologiques de notre<br />
industrie : « Matériaux, Manufacturing<br />
et Structures », « Énergie et Propulsion<br />
», « Smart systems : Capteurs,<br />
Connectivité, Données et <strong>Essais</strong> »,<br />
« Missions Innovantes, Architectures<br />
et Méthodes d’Ingénierie associées »,<br />
« Entreprise Digitalisée » et, enfin,<br />
« Systèmes embarqués à forte criticité »,<br />
un groupe thématique commun entre<br />
ASTech, Mov’eo et Normandie Aéro-<br />
Espace.<br />
Avec Mov’eo également ?<br />
Dans quel but ?<br />
L’objectif est de créer des synergies entre<br />
les différents pôles, y compris issus du<br />
monde de l’automobile afin de répondre<br />
aux nouveaux défis de la mobilité, en<br />
particulier concernant le véhicule<br />
autonome. Ainsi, les premiers travaux<br />
porteront sur les outils et méthodes<br />
d’ingénierie des systèmes à forte criticité<br />
et la fiabilité des systèmes et des<br />
composants électroniques embarqués.<br />
En quoi est-ce essentiel de franchir<br />
le cap de la digitalisation des essais ?<br />
Globalement, les laboratoires français<br />
sont en retard dans le domaine, précisément<br />
parce que leurs donneurs d’ordres<br />
ne leur imposent pas encore de collecter<br />
et d’exploiter massivement leurs<br />
données issues des essais. Pourtant,<br />
les avantages sont nombreux. Sopemea<br />
par exemple, depuis plusieurs<br />
années déjà, développe la stéréo-corrélation<br />
d’images permettant de valoriser<br />
des données collectées lors d’essais<br />
mécaniques. Cette montée en compétence<br />
est du reste le résultat de notre<br />
participation dans le projet DICCIT<br />
financé par le FUI et labellisé par le<br />
pôle ASTech et soutenu par les autres<br />
pôles de compétitivité aéronautiques et<br />
spatiaux. Les informations collectées et<br />
traitées viennent enrichir les modèles<br />
numériques des bureaux d’études. Cet<br />
exemple montre bien à quel point ce<br />
passage à la digitalisation est indispensable<br />
si l’on veut rester compétitifs. ●<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
>> Le pôle ASTech Paris Région, avec<br />
soutien du Conseil Régional, exposera<br />
au SIAE 2019 dans le hall 4, au stand<br />
E106. Le pôle mettra en lumière les<br />
activités et savoir-faire de ses membres<br />
et organisera des rendez-vous BtoB<br />
entre les différents acteurs, français,<br />
européens et internationaux.<br />
UN BOND<br />
DANS LE NANO<br />
POSITION-<br />
NEMENT PAR<br />
SYSTÈME<br />
PIEZO-<br />
ÉLECTRIQUE -<br />
Lancement de la série:<br />
nano-positionneur<br />
piezo électrique QNP<br />
et Piezo contrôleur<br />
QLAB<br />
Les tables QNP présentent une<br />
raideur hors norme grâce à une<br />
fréquence de résonnance très élevée<br />
et une résolution sub-nanométrique.<br />
Elles sont donc idéales pour les<br />
applications pointues à faible<br />
encombrement telles que<br />
l’intérferometrie, la microscopie et<br />
les alignements d’extrême précision.<br />
Le contrôleur associé QLAB dispose<br />
d’un écran tactile et peut fonctionner<br />
de manière indépendante ou peut<br />
être connecté à un PC via Ethernet,<br />
ce qui le rend extrémement flexible<br />
dans toutes les situations. Avec des<br />
performances sub-nanométriques<br />
et un environnement de contrôle<br />
et de programmation très convivial,<br />
obtenir un positionnement<br />
nanométrique n’aura jamais été<br />
aussi facile.<br />
www.aerotech.co.uk<br />
+33 2 37 21 87 65<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I35<br />
AT0119B-RAD-FR
dossier<br />
En application<br />
Airbus Helicopters recourt à Simcenter<br />
Amesim pour optimiser la conception<br />
des systèmes hydrauliques<br />
La solution de Siemens PLM Software a permis à l’hélicoptériste<br />
de prédire le comportement thermique des systèmes hydrauliques<br />
dans toutes les conditions de vol. Détails dans cet article de l’utilisation<br />
Simcenter Amesim afin de réduire au maximum le délai et le coût<br />
d’obtention du certificat de navigabilité.<br />
mique ne doit pas dépasser les limites<br />
de température fixées. Ensuite il doit<br />
faire certifier l’existence d’un circuit<br />
hydraulique bien conçu et opérationnel,<br />
capable de permettre aux commandes<br />
de vol de fonctionner correctement<br />
même en cas de défaillance du circuit<br />
(fuite, panne de la pompe, etc.).<br />
© AIRBUS<br />
Airbus Helicopters s’efforce de<br />
fournir les solutions les plus<br />
efficientes à ses clients, dont le<br />
métier est de servir, protéger, sauver des<br />
vies et transporter des passagers en toute<br />
sécurité dans les environnements les plus<br />
exigeants. Ses hélicoptères sont utilisés<br />
dans plus de 150 pays, où ils effectuent<br />
quasiment tous les types de vol vertical<br />
imaginables. La gamme d’appareils du<br />
constructeur couvre l’ensemble des solutions<br />
à voilure rotative destinées à des<br />
usages civils, gouvernementaux, militaires,<br />
policiers et parapublics.<br />
le système hydraulique, doivent ainsi<br />
être évalués avec soin. Tous ces systèmes<br />
doivent fonctionner dans n’importe<br />
quelles conditions de vol et garantir la<br />
sécurité des pilotes, de l’équipage et des<br />
passagers en cas de défaillance.<br />
La gestion thermique fait partie des<br />
points à vérifier lors de l’évaluation<br />
d’un circuit hydraulique. Tout d’abord,<br />
Airbus Helicopters doit évaluer l’intégration<br />
du circuit dans les différentes<br />
zones de l’appareil, où son impact ther-<br />
Compte tenu de ces observations, les<br />
ingénieurs doivent garder à l’esprit<br />
deux problèmes courants : le premier<br />
est le délai de développement. En effet,<br />
la certification est un processus long.<br />
Plus vite Airbus Helicopters peut obtenir<br />
la certification, plus vite il peut<br />
commercialiser son appareil et plus<br />
il est compétitif. Le second problème<br />
est le coût des prototypes nécessaires<br />
pour les campagnes de test. Le délai et<br />
le coût représentent donc une grosse<br />
partie du défi, ce dont Airbus Helicopters<br />
tient compte lors de l’élaboration<br />
de ses programmes de développement.<br />
Prédire et vérifier<br />
les performances<br />
thermohydrauliques<br />
du système<br />
Bien entendu, Airbus Helicopters ne<br />
peut pas se permettre de se dispenser<br />
de tester un prototype du système, aussi<br />
Pour obtenir un certificat de navigabilité<br />
auprès d’une autorité nationale,<br />
Airbus Helicopters, comme tous les<br />
avionneurs, doit faire en sorte que ses<br />
machines et ses systèmes répondent<br />
à une longue liste d’exigences. Les<br />
systèmes clés des appareils, tels que<br />
« L’ensemble du circuit est relié aux actionneurs du rotor<br />
principal et à celui du rotor de queue. Pour le concevoir, ainsi que<br />
d’autres de nos composants, nous utilisons Simcenter Amesim<br />
et ses fonctionnalités de création de supercomposants. »<br />
Benoit Genot, ingénieur en hydraulique et commandes de vol (Airbus Helicopters)<br />
36I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
Essai en vol du prototype H160<br />
d’Airbus Helicopters<br />
bien avant son intégration dans l’hélicoptère<br />
qu’après. Toutefois, il existe des<br />
moyens de définir et évaluer les meilleures<br />
architectures pour le système<br />
très tôt dans le cycle de développement,<br />
ainsi que la gestion thermique<br />
du système complet d’après l’analyse de<br />
la définition de l’architecture. En utilisant<br />
la simulation de systèmes, Airbus<br />
Helicopters peut prédire et évaluer les<br />
stratégies permettant de maintenir<br />
l’équilibre thermique d’un appareil.<br />
C’est la méthode que Benoit Genot<br />
(ingénieur en hydraulique et<br />
commandes de vol), Jean-Baptiste<br />
Lopez-Velasco (spécialiste en gestion<br />
thermique) et leurs équipes ont choisi<br />
quand ils développaient le H160, un<br />
hélicoptère de taille moyenne pesant<br />
six tonnes et appartenant à la nouvelle<br />
génération d’appareils d’Airbus Helicopters.<br />
Ils ont utilisé le logiciel Simcenter<br />
Amesim de Siemens, qui fait partie<br />
de la gamme Simcenter, dans le but de<br />
prédire et vérifier avec précision les<br />
performances du système thermohy-<br />
draulique depuis son dimensionnement<br />
initial jusqu’à l’intégration complète de<br />
sa conception dans l’appareil. Le rôle<br />
du circuit hydraulique est de fournir<br />
de l’énergie aux principaux actionneurs<br />
installés sur l’hélicoptère. Lors de<br />
la conception de ce circuit, il convient<br />
de tenir compte du domaine de vol de<br />
l’appareil et donc d’un certain nombre<br />
de conditions spécifiques. Par exemple,<br />
il ne faut pas dépasser la température<br />
de qualification par forte chaleur, qui<br />
correspond à une température extérieure<br />
pouvant atteindre 50 degrés Celsius.<br />
« Simcenter Amesim nous aide notamment à déterminer<br />
s’il est nécessaire de refroidir le fluide, auquel cas nous devons<br />
ajouter un échangeur thermique. »<br />
Jean-Baptiste Lopez-Velasco, spécialiste de la gestion thermique (Airbus Helicopters)<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I37
dossier<br />
Modèle thermohydraulique Simcenter Amesim<br />
« Notre premier objectif était de réaliser<br />
une ébauche d’architecture du circuit<br />
hydraulique, explique Benoit Genot.<br />
Chaque unité d’alimentation hydraulique<br />
se compose d’un réservoir, de capteurs<br />
(température, pression, niveau du fluide),<br />
de pompes, et d’une pompe de secours<br />
pour pallier toute défaillance de l’une<br />
des pompes principales. L’ensemble du<br />
circuit est relié aux actionneurs du rotor<br />
principal et à celui du rotor de queue.<br />
Pour concevoir cette ébauche, ainsi que<br />
d’autres de nos composants, nous utilisons<br />
Simcenter Amesim et ses fonctionnalités<br />
de création de supercomposants. »<br />
Il est également crucial de comprendre<br />
l’impact thermique du système hydraulique<br />
sur certaines pièces de l’hélicoptère.<br />
En effet, une fois intégré à ce<br />
dernier, le circuit hydraulique occupe<br />
principalement l’étage supérieur et le<br />
compartiment de la boîte de transmission<br />
principale. Environ 90 % du circuit<br />
hydraulique se trouve dans cette zone.<br />
« À partir du premier schéma du système<br />
hydraulique (modélisé pour des conditions<br />
de fonctionnement normal et différents<br />
scénarios de défaillance), nous<br />
pouvons commencer la modélisation thermique<br />
avec Simcenter Amesim, précise<br />
Jean-Baptiste Lopez-Velasco. Simcenter<br />
Amesim nous aide notamment à déterminer<br />
s’il est nécessaire de refroidir le<br />
fluide, auquel cas nous devons ajouter un<br />
échangeur thermique. Ensuite, pendant le<br />
développement, nous effectuons plusieurs<br />
boucles de calcul pour affiner le modèle. »<br />
Économiser du temps lors<br />
des campagnes de tests<br />
« Bien sûr, les tests restent indispensables<br />
pour modéliser la construction et la validation,<br />
poursuit Jean-Baptiste Lopez-Velasco.<br />
Simuler les systèmes avec Simcenter<br />
Amesim nous permet d’anticiper l’architecture<br />
des modèles, et donc d’économiser<br />
du temps lors des campagnes de tests<br />
car notre modèle est déjà optimisé. » Lors<br />
des campagnes de tests, les équipes d’Airbus<br />
Helicopters testent le système en<br />
mode normal et en mode défaillance.<br />
Les mesures sont effectuées à différents<br />
niveaux. Elles évaluent la température<br />
de l’huile, la température ambiante, les<br />
vitesses, les pressions et le débit. Les résultats<br />
des tests sont comparés à ceux de la<br />
simulation et permettent d’affiner les<br />
Banc d’essai dynamique complet<br />
paramètres du modèle. L’objectif est que le<br />
modèle de simulation soit aussi fidèle que<br />
possible à la version physique du système.<br />
En l’occurrence, Benoit Genot et<br />
Jean-Baptiste Lopez-Velasco ont obtenu<br />
un résultat exact, car la différence entre<br />
la valeur indiquée par la modélisation<br />
avec Simcenter Amesim et celle mesurée<br />
lors des essais n’oscillait qu’entre<br />
+5 et -5 degrés Celsius lorsque l’appareil<br />
était en vol stationnaire. « Modéliser<br />
avec Simcenter Amesim nous permet<br />
d’anticiper le gel de la conception et de<br />
l’architecture des systèmes hydrauliques<br />
(routage, réservoir, échangeur thermique)<br />
afin de pouvoir figer le coût et le<br />
calendrier de développement. », ajoute<br />
Benoit Genot. Ce dernier et Jean-Baptiste<br />
Lopez-Velasco projettent désormais<br />
d’étudier différentes conditions météorologiques,<br />
de travailler sur les calculs<br />
associés aux conditions transitoires (et<br />
non plus seulement sur des analyses en<br />
mode stationnaire) et d’intégrer une<br />
plate-forme en temps réel avec Simcenter<br />
Amesim. ●<br />
« Modéliser avec Simcenter Amesim nous permet d’anticiper<br />
le gel de la conception et de l’architecture des systèmes<br />
hydrauliques (routage, réservoir, échangeur thermique)<br />
afin de pouvoir figer le coût et le calendrier de développement. »<br />
Benoit Genot (Airbus Helicopters)<br />
Banc d’essai d’un actionneur hydraulique<br />
38I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
<strong>Essais</strong> certifiés<br />
Tappenbeck s'établit dans le secteur<br />
des essais aéronautiques<br />
Grâce à sa proximité avec Hambourg et au bon transfert d'informations entre les deux entités, l'équipe d'essais<br />
« Aerospace » de Tappenbeck a pu s'affirmer dans l'environnement aéronautique. L'équipe composée de seize<br />
personnes mène des essais de développement et de qualification selon RTCA DO-160 et MIL-STD 810 pour les<br />
composants d'avions des modèles A400M, A350 et A380.<br />
Afin de répondre aux exigences accrues en matière<br />
de sécurité, Airbus n'autorisera à l'avenir que les<br />
laboratoires d'essais certifiés et répertoriés pour les<br />
essais de composants d'avions. Le site de Tappenbeck est<br />
approuvé depuis 2012 par Airbus Toulouse pour les essais<br />
selon la norme RTCA DO-160.<br />
Lors de la livraison aérienne, un conteneur lourd est catapulté<br />
depuis la soute. En sortant par la rampe de chargement,<br />
le conteneur peut atteindre une vitesse de 85 km/h.<br />
Puis ce dernier terminera sa course jusqu’au point de livraison<br />
à l’aide d’un parachute. Ici, tous les systèmes doivent<br />
fonctionner sans la moindre défaillance. Tout basculement<br />
de la masse doit être exclu. Divers composants de la cargaison<br />
ont ainsi été testés à Tappenbeck. Un banc d'essai a été<br />
développé pour tester les rouleaux du plancher de charge.<br />
En outre, les rouleaux, les supports, les fixations et les différents<br />
systèmes de chargement ont été testés pour les vibrations,<br />
l’aérodynamique et les influences environnementales.<br />
Une nouvelle boucle de test des composants de la prochaine<br />
génération est actuellement en cours de lancement.<br />
Construction d'un banc d'essai<br />
En plus des développements internes tels que l’Air Flow<br />
Measurement Trolley, utilisé pour l'étalonnage des instruments<br />
de mesure et la détermination des débits volumiques<br />
aux sorties d'air, des instruments de mesure mobiles comparables<br />
sont fabriqués par Bertrandt sur demande. De même,<br />
à l’aide d’une fraiseuse CNC, l’entreprise fabrique selon les<br />
besoins des clients les éléments complémentaires nécessaires<br />
à la réalisation de leurs essais. ●<br />
Windmilling<br />
Ce terme décrit un essai standard pour toutes les pièces utilisées<br />
dans un aéronef. En cas de rupture d'une aube de turbine<br />
dans le moteur, il se produit de très fortes vibrations qui sont<br />
transmises à chaque composant à travers la structure de<br />
l'avion. Il va de soi que le fonctionnement continu de toutes<br />
les pièces ne doit pas être perturbé. De nombreux tests ont<br />
déjà été effectués pour les supports, les faisceaux de câbles,<br />
les consoles et les toilettes embarquées. En termes de moyen,<br />
le shaker Bertrandt possédant 6 vérins d’une puissance de<br />
125 kN permet de tester des composants de grande dimension<br />
ainsi que des assemblages complets.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I39
dossier<br />
Retour d’expérience<br />
Électrifier la propulsion des<br />
avions grâce à la simulation<br />
Afin de fournir des avions adaptés aux vols de courte distance tout en réduisant les émissions polluantes,<br />
Zunum Aero se tourne vers l’électrification pour créer des systèmes de propulsion hybrides. Le développement<br />
de l’avion « plus électrique » implique le déploiement de la simulation d’ingénierie permettant d’atteindre les<br />
objectifs de performance et de réduire le coût des tests.<br />
En capturant précisément le comportement<br />
des charges structurelles, aérodynamiques<br />
et thermiques de chaque<br />
composant, Zunum Aero est en mesure<br />
de prendre de meilleures décisions afin<br />
de résoudre des problèmes de conception<br />
essentiels – la taille du propulseur,<br />
par exemple – d’interface système ou de<br />
fonctionnement global. La simulation<br />
est un outil fiable permettant de démontrer<br />
la faisabilité du concept, d’améliorer<br />
l’efficacité et d’optimiser la conception<br />
en amont de la phase de tests physiques<br />
et du développement du produit.<br />
Gamme d’avions éléectrique Zunum Aero survolant la ville de Seattle<br />
Malgré la présence de 13<br />
500 aéroports aux États-<br />
Unis, les liaisons régionales<br />
de courte distance n’offrent pas<br />
une praticité optimale. Zunum Aero<br />
s’est fixé pour objectif de combler ce<br />
fossé grâce à la technologie de propulsion<br />
électrique. La société, qui bénéficie<br />
du soutien de Boeing HorizonX,<br />
de Jet Blue Technology Ventures et du<br />
Fonds pour l’énergie propre de l’État<br />
de Washington, envisage un mode de<br />
transport aérien « porte-à-porte » très<br />
différent du modèle actuel basé sur de<br />
grands Hubs traditionnels. À terme,<br />
ces avions hybrides-électriques pourraient<br />
desservir plus de 10 000 aéroports<br />
secondaires internationaux,<br />
dont 5 000 aux États-Unis. Une initia-<br />
tive s’inscrivant dans les démarches<br />
gouvernementales visant à développer<br />
un système aérien performant, propre<br />
et moins bruyant, comme les projets<br />
CLEEN aux États-Unis et Clean Sky<br />
en Europe.<br />
Le système de propulsion<br />
hybride-électrique<br />
Un système de propulsion hybride-électrique<br />
silencieux et léger et une aérodynamique<br />
optimale sont essentiels pour<br />
atteindre les objectifs de performance<br />
de l’avion. Pour fabriquer le propulseur<br />
destiné aux tests au sol, Zunum Aero<br />
simule les performances des composants<br />
à l’aide des logiciels de la suite<br />
Ansys, dans le cadre du programme<br />
Ansys Start-up.<br />
Réalisation des tests<br />
structurels et gestion<br />
thermique<br />
Le propulseur électrique silencieux de<br />
Zunum Aero associe des ventilateurs<br />
basse pression à des moteurs et des<br />
contrôleurs électriques tolérants aux<br />
pannes intégrées. Afin de comprendre<br />
le comportement de chaque composant<br />
en fonction de différents paramètres<br />
de fonctionnement et de<br />
défaillance, l’entreprise combine l’utilisation<br />
des logiciels de simulation<br />
Ansys Mechanical, Ansys Fluent et<br />
Ansys CFX. Les ingénieurs du centre<br />
d’essai de Zunum Aero, basé à Seattle,<br />
s’appuient sur Ansys Mechanical pour<br />
l’analyse de l’intégrité structurelle des<br />
composants de propulsion. Le logiciel<br />
permet de simuler les paramètres<br />
de dynamique structurelle, modale et<br />
40I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
LE RENDEZ-VOUS INTERNATIONAL<br />
CONFÉRENCES | ATELIERS | EXPOSITION<br />
THE INTERNATIONAL MEETING<br />
CONFERENCES | WORKSHOPS | EXHIBITION<br />
HPC<br />
SIMULATION<br />
BIG DATA<br />
PLATINUM SPONSORS<br />
GOLD SPONSORS<br />
SILVER SPONSORS<br />
PARTENAIRE<br />
CAFÉ EUROPÉEN<br />
DE LA RECHERCHE<br />
AVEC LE SOUTIEN DE
dossier<br />
À ce jour, Zunum Aero poursuit sa phase de conception, d’optimisation<br />
et d’intégration des systèmes thermiques afin d’obtenir<br />
les performances globales optimales de l’avion. Dave<br />
Bedel, Ingénieur principal chez Zunum Aero souligne le rôle<br />
clé des solutions de simulation Ansys dans le projet : « Les<br />
fonctionnalités d’écriture de script et d’analyse paramétrique<br />
d’Ansys Mechanical sont essentielles pour nos travaux sur le<br />
propulseur électrique silencieux. Je me suis toujours appuyé<br />
sur cette solution durant mes vingt ans de carrière ».<br />
Les propulseurs électriques et silencieux de Zunum Aero<br />
d’équilibre tout en aidant l’équipe à comprendre l’impact<br />
sur chacun des composants et la manière dont ils interagissent<br />
entre eux.<br />
En parallèle, les ingénieurs utilisent le logiciel Ansys CFD<br />
pour modéliser les flux internes et externes dans l’estimation<br />
de la perte de pression aérodynamique et l’optimisation de<br />
la conception du propulseur. Pour la gestion thermique et<br />
le contrôle de la température des composants électriques,<br />
qui peut affecter la fiabilité du produit, l’équipe s’appuie sur<br />
Ansys Fluent. Les ingénieurs procèdent à une analyse de la<br />
mécanique des fluides et du transfert de chaleur permettant<br />
de prévoir la température et le rejet de chaleur afin de concevoir<br />
le système de refroidissement.<br />
appliCatioN dE la siMUlatioN MUltiphYsiqUE<br />
Le développement du système de propulsion implique la<br />
collaboration d’ingénieurs issus de différents groupes afin<br />
d’explorer toutes les conceptions possibles et répondre aux<br />
exigences de performances de l’avion pour un coût optimal.<br />
Grâce à leurs capacités de compatibilité et d’intégration, les<br />
logiciels Ansys permettent d’effectuer des évaluations multiphysiques<br />
pour accélérer les temps de conception.<br />
La simulation multiphysique offre la possibilité d’analyser les<br />
composants pour le Proof of concept (POC) dans un monde<br />
virtuel et d’économiser le temps et les ressources nécessaires<br />
pour des tests physiques. À ce titre, Zunum Aero estime que<br />
la simulation a permis de diviser par deux le temps de développement<br />
de l’aéronef et d’économiser des millions de dollars<br />
dans les tests de matériel.<br />
VERs UN tRaNspoRt aéRiEN plUs EffiCaCE<br />
Transporter des voyageurs à moindre coût dans des avions<br />
plus silencieux et respectueux de la planète est un projet<br />
ambitieux. Toutefois, grâce aux outils de simulation Ansys,<br />
Zunum Aero est en passe d’atteindre son objectif et de créer<br />
un avion hybride-électrique certifié pour les vols de courtes<br />
distances. ●<br />
42I <strong>Essais</strong> & siMUlatioNs • N°<strong>137</strong> • mai 2019
FULL SERVICE IN VIBRATIONS<br />
COUPLING NUMERICAL MODELING<br />
AND EXPERIMENTAL TESTING<br />
V2i provides a full range of services in the field of mechanical<br />
vibrations<br />
• Based on researches of international repute of the<br />
University of Liege in the field of structural dynamics<br />
• Continuously improved and updated by massive R&D<br />
programs in close collaboration with Universities<br />
Thanks to its complementary expertise in numerical<br />
modeling and experimental testing, and thanks to innovative<br />
tools, V2i offers to its customers the necessary integration of<br />
simulation and testing in customized solutions.<br />
FINITE<br />
ELEMENT<br />
MODELING<br />
MEASURE<br />
OF VIBRATIONS<br />
SHAKER &<br />
ENVIRONMENTAL<br />
TESTING<br />
TURNKEY<br />
MONITORING<br />
SOLUTIONS<br />
V2i S.A.<br />
Avenue du Pré-Aily, 25<br />
Liège Science Park<br />
4031 LIEGE - BELGIUM<br />
4 +32 (0)4 287 10 70<br />
3 +32 (0)4 287 10 71<br />
Ñ info@v2i.be<br />
7 www.v2i.be<br />
Alliance<br />
Partner
dossier<br />
Cas d’application<br />
La SRC* VibraTec aide Safran<br />
Ventilation Systems à réduire le bruit<br />
des équipements de ventilation<br />
Safran est un acteur majeur dans l'évolution vers l'avion « plus électrique », qui prévoit le remplacement<br />
des actuels systèmes hydrauliques et pneumatiques par de nouveaux systèmes de génération de puissance<br />
électrique et d’équipements électromécaniques équipés de moteurs électriques.<br />
Ces innovations concernent des<br />
éléments clés des aéronefs tels<br />
que les actionneurs de surface<br />
portante, le train d’atterrissage, la motorisation<br />
de l’avion lors des phases de<br />
taxiage ou encore les équipements de<br />
recirculation d’air cabine et de refroidissement<br />
électronique.<br />
Au sein de Safran Passenger Solutions,<br />
la division Safran Ventilation Systems<br />
est spécialisée dans les systèmes de<br />
ventilation haute performance appliquée<br />
à l’aéronautique. Dans une<br />
démarche d’optimisation de ses équipements,<br />
la société a collaboré avec la<br />
SRC VibraTec afin de réduire le bruit<br />
rayonné de ses ventilateurs à moteur<br />
synchrone (à aimants permanents).<br />
« Les excitations d’origine électro-magnétique<br />
peuvent générer du bruit et des<br />
Modèle EF du moto-ventilateur<br />
vibrations dans le domaine des moyennes<br />
et des hautes fréquences, explique Lionel<br />
Duvermy, responsable commercial et<br />
projets chez VibraTec. La maîtrise de ces<br />
excitations, dès le stade de la conception,<br />
permet d’améliorer le confort en cabine<br />
des passagers et de l’équipage, en réduisant<br />
le bruit rayonné, mais également<br />
d’augmenter la durée de vie des équipements<br />
et de contrôler la qualité en sortie<br />
de ligne de production, l’image du bruit<br />
pouvant être une image des défauts ».<br />
L’étude réalisée avec Safran Ventilations<br />
Systems a d’abord consisté à effectuer un<br />
diagnostic acoustique expérimental du<br />
ventilateur. Les équipes se sont ensuite<br />
concentrées sur la simulation des efforts<br />
dynamiques d’origine électromagnétique<br />
à partir du type de moteur et sur<br />
la distribution des efforts dynamiques<br />
Mode de moto-ventilateur<br />
Le point sur les SRC<br />
Les Structures de recherche<br />
sous contrat (SRC) sont des<br />
structures privées réalisant<br />
plus de la moitié de leur chiffre<br />
d’affaires en contrat de R&D<br />
pour le compte de tiers. Les<br />
compétences des SRC s’appuient<br />
sur le maintien permanent<br />
d’une expertise scientifique et<br />
technologique à l’état de l’art. Les<br />
SRC sont des structures privées<br />
indépendantes. Cela implique<br />
une parfaite compréhension<br />
des contraintes et des enjeux<br />
de leurs clients industriels et la<br />
définition précise de leurs axes<br />
de R&D de ressourcement qui<br />
seront les technologies à vocation<br />
industrielle de demain.<br />
sur le modèle mécanique de l’équipement<br />
complet. La dernière phase de<br />
l’étude a permis de calculer le rayonnement<br />
acoustique à partir du calcul<br />
de réponse vibratoire issu du modèle<br />
mécanique (analyse fréquentielle et<br />
spatiale).<br />
« À partir des résultats de ces calculs, il a<br />
été possible de discriminer les fréquences<br />
d’excitation qui coïncidaient “fréquentiellement“<br />
et “spatialement” avec des<br />
fréquences naturelles associées à des<br />
44I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
modes de rotor et/ou de stator, menant à un phénomène de<br />
résonance de structure », précise Lionel Duvermy. En diminuant<br />
l’excentricité entre le rotor et le stator et en y apportant<br />
des modifications structurelles, les ingénieurs ont pu<br />
réduire les niveaux d’efforts électromagnétiques et optimiser<br />
les transferts vibratoires entre les sources d’excitation et<br />
la réponse vibratoire.<br />
Ces travaux ont permis d’améliorer globalement les standards<br />
de fabrication, de design et la qualité acoustique des<br />
ventilateurs.<br />
« VibraTec a su répondre instantanément à notre besoin industriel<br />
et apporter ses compétences multiphysiques sur ce sujet<br />
très complexe, ajoute Patrice Caule, expert acoustique sénior<br />
chez Safran Ventilation Systems. Leur support nous a permis<br />
de prendre des actions d’amélioration concrètes au bénéfice<br />
de nos clients ». ●<br />
* SRC : Structures de recherche sous contrat<br />
Bruit rayonné, avec des excentricités<br />
Bruit rayonné, sans excentricité<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I45
dossier<br />
Technologie<br />
Les avions électriques s’envolent,<br />
mais qui pilote les batteries ?<br />
Les batteries lithium-ion se développent progressivement dans l’industrie aéronautique, un secteur<br />
où l’exigence sécuritaire se durcit. Aujourd’hui, la seule technique permettant de capter l’ensemble<br />
des évènements qui peuvent survenir dans les avions se trouve dans les enceintes de confinement.<br />
Ces enceintes doivent être de plus en plus précises, robustes et sécurisées. Pour répondre à ces attentes,<br />
l’entreprise Climats propose des enceintes dédiées et témoigne d’une expertise au service des intégrateurs<br />
et des développeurs de batteries.<br />
Deux ans après la fin du tour du monde du héros<br />
le plus médiatique de cette nouvelle avionique,<br />
Bertrand Piccard avec Solar Impulse, les projets<br />
d’avions et de sous-systèmes propulsés par des batteries<br />
au lithium se multiplient. Du système de roulage sur piste<br />
embarqué dans les trains d’atterrissage aux avions capables<br />
d’embarquer plusieurs dizaines de passagers, en passant par<br />
les projets plus futuristes d’avions-taxis, la propulsion électrique<br />
s’installe durablement dans l’industrie aéronautique.<br />
Cette arrivée pose d’ailleurs de nouvelles questions sécuritaires.<br />
L’usage des batteries n’est pas sans danger et le<br />
nombre d’incidents repérés dans d’autres secteurs indus-<br />
triels augmente proportionnellement à leur démocratisation.<br />
Le calcul est d’ailleurs fort simple : la violence d’un<br />
possible incendie dépend de la taille de la batterie utilisée.<br />
Les anecdotes de téléphones en surchauffe ne sont rien face<br />
aux incendies de voitures électriques qui peuvent mobiliser<br />
des dizaines de pompiers durant plusieurs heures.<br />
Tolérance zéro sur les tests de sécurité<br />
Dans un secteur d’industrie de pointe tel que l’aviation,<br />
l’utilisation des batteries nécessite donc des tests de sécurité<br />
proche de la « tolérance zéro ». Pour Régis Perraux,<br />
directeur commercial et marketing de l’entreprise Climats,<br />
« il n’y a qu’une seule solution pour réaliser ces tests actuelle-<br />
46I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
Serrer de 0,5 à 1000 Nm avec une seule<br />
clé dynamométrique couple et angle<br />
Une clé dynamométrique couple et angle ergonomique, flexible, connectée,<br />
et facile d’utilisation… Voici ce que propose One-Too, avec sa gamme<br />
Moment Alpha. La solution est déjà déployée chez un fabricant renommé<br />
de réacteurs d’avion.<br />
L’entreprise française One-Too continue de développer sa gamme Moment Alpha<br />
et d’innover, dans une optique « industrie 4.0 ». Moment Alpha répond aux besoins<br />
des industries aéronautiques de production, de maintenance et de contrôle qualité.<br />
L’innovation principale de cette solution sur le marché est sa grande flexibilité :<br />
une seule clé permet d’effectuer des serrages sur une plage de 0,5 à 1000 Nm en<br />
mode flexion et tournevis. Une seule clé pour mesurer le couple, le couple avec<br />
surveillance de l’angle et l’angle avec surveillance du couple, le couple frein...<br />
publi-communiqué<br />
L’IHM sur tablette permet de visualiser<br />
en temps réel les résultats d’un serrage<br />
par rapport à la stratégie programmée.<br />
L’intérêt pour l’utilisateur ? Un seul outil sur toute la chaîne de production ou de<br />
maintenance, permettant de valider le couple appliqué sur l'assemblage final et<br />
prenant en compte la précision de l'outil et de l'opérateur. L’analyse des résultats<br />
permet de détecter des grippages, un oubli de rondelle ou encore un défaut d’assemblage<br />
ou d’élasticité. Autre innovation majeure : une fonction couple résiduel, qui<br />
permet de mesurer le couple présent dans un assemblage et de détecter le couple<br />
de décollement (couple de frottement au moment de la rotation).<br />
Par ailleurs, la clé Moment Alpha dispose de protocoles permettant de communiquer<br />
avec le réseau client. En quelques secondes, l’utilisateur choisit entre trois modes<br />
programmables selon ses besoins. Les 100 000 derniers résultats et les 1 000 dernières<br />
courbes issus des actions de serrage sont automatiquement enregistrés et stockés en<br />
format CSV. Grâce à cette solution, chaque opération réalisée est garantie, tracée et<br />
peut être analysée à tout moment.<br />
Pour plus d’information<br />
sur toute la gamme :<br />
contacter les experts de Moment-Alpha<br />
au 04 92 12 04 80 ou à sales@one-too.com<br />
www.one-too.com<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I47
dossier<br />
ment. Il faut passer par des enceintes de<br />
confinement car les ingénieurs doivent<br />
travailler sur les résultats d’expériences.<br />
Le domaine reste très empirique. » En<br />
effet, contrairement à d’autres domaines<br />
de l’aéronautique, la modélisation informatique<br />
en est encore à ses balbutiements<br />
et reste peu fiable.<br />
Ce n’est pas le cas des tests réalisés en<br />
enceinte de confinement. Dans ces boîtes<br />
de plusieurs mètres cubes, les variations<br />
de température peuvent atteindre les 2°C<br />
par minute tous les 100 kg de charge.<br />
De telles conditions ne nuisent pas au<br />
contrôle de la pression et de l’hygrométrie.<br />
Ces enceintes sont utilisées dans<br />
de multiples domaines, mais aussi dans<br />
des cas plus spécifiques comme pour<br />
les essais de batterie lithium-métalion.<br />
L’entreprise Climats atteste d’une<br />
expérience de plus de quinze ans dans<br />
ce domaine. « Nous assemblons déjà<br />
des enceintes pour les centres d’essais<br />
du CEA et de nombreux sous-traitants<br />
du secteur automobile, complète Régis<br />
Perraux. Cette année, ces enceintes spécifiques<br />
aux batteries représentent 25% de<br />
notre chiffre d’affaires. Nous avons d’ailleurs<br />
organisé quelques mutations pour<br />
faire face à cette demande. » C’est d’ailleurs<br />
grâce à la sécurisation des batteries<br />
et des enceintes que le suivi des signes<br />
précurseurs à un emballement thermique<br />
induisent des changements qui<br />
s’observent avec le plus de force.<br />
Toutefois, « la possibilité d’un emballement<br />
thermique provient de la<br />
nature chimique de la batterie »,<br />
précise un ingénieur projet de l’entreprise<br />
Climats, en charge des systèmes<br />
de sécurité dédiés aux batteries. Les<br />
enceintes doivent s’adapter à la nature<br />
du produit à tester et des conséquences<br />
prévisibles lors d’un accident. Il existe<br />
plusieurs types de sécurités, précise<br />
l’ingénieur. « Elles peuvent être passives,<br />
comme l’usage de matériaux capables<br />
de résister à des agressions chimiques ou<br />
actives. » Ce sont les sécurités actives qui<br />
demandent, évidemment, le plus d’expertise<br />
lors de l’installation. « Celles-ci<br />
sont plus contraignantes et il faut être en<br />
mesure de pouvoir s’adapter à chaque<br />
cahier des charges. Cela va du sas sécurisé<br />
jusqu’aux systèmes de détection connectés<br />
à une centrale de sécurité indépendante,<br />
suivant les recommandations des<br />
normes APSAD (Assemblée plénière de<br />
sociétés d'assurances dommages) pour les<br />
systèmes incendie. Il faut aussi penser à<br />
la façon de poser les détecteurs de fumées,<br />
de flammes ou de gaz : ils doivent parfois<br />
se situer à l’extérieur de l’enceinte, ce qui<br />
nécessite de réaliser un prélèvement d’air<br />
à certains endroits stratégiques. »<br />
Des solutions pour<br />
accompagner les entreprises<br />
Depuis 2011, face à ces spécificités<br />
multiples, l’entreprise Climats a<br />
choisi de développer ses compétences<br />
et notamment d’assurer en interne le<br />
suivi des mises en place des systèmes<br />
de sécurité. L’objectif : enlever un intermédiaire<br />
à un moment critique de la<br />
réponse à un cahier des charges. Grâce<br />
à cette réorganisation, Climats accompagne<br />
efficacement les entreprises qui<br />
souhaitent tester leurs batteries ou celles<br />
de leurs fournisseurs. Au-delà, l’expérience<br />
acquise par Climats durant ses<br />
dix dernières années lui permet de<br />
proposer des solutions innovantes,<br />
conformes aux recommandations du<br />
Conseil européen pour la recherche et le<br />
développement dans le secteur automobile<br />
(Eucar), tout en étant adaptable à<br />
sa gamme standard d’enceintes de confinement.<br />
●<br />
Caractéristiques<br />
- Simulation d'environnements climatique entre<br />
-90°C et +250°C.<br />
- Contrôle de l'humidité de 5 à 98 % entre 10 et 95°C.<br />
- Enceinte standard de 140 à 1800 litres.<br />
- 250 modèles standards et autres solutions<br />
sur mesure pour des enceintes spécifiques.<br />
Quand le respect de l’environnement<br />
passe par les fluides caloriporteurs<br />
L'entreprise Climats se positionne également<br />
avec une nouvelle gamme de machines, l’Excal²,<br />
qui utilise le gaz R 449A. Un fluide caloriporteur qui,<br />
à quantité égale, atteint 99 % des caractéristiques<br />
de l’inévitable R 404, tout en réduisant de 65 %<br />
son empreinte d’équivalent de CO 2<br />
(GWP).<br />
48I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
La simulation,<br />
outil de validation<br />
des composants pour fusées<br />
publi-communiqué<br />
Pendant la phase d'introduction d'une<br />
nouvelle technologie de production<br />
comme la fabrication additive, puisqu’il<br />
faut produire et vérifier de nombreuses<br />
pièces avant d’atteindre la qualité<br />
souhaitée, le processus traditionnel de<br />
validation par itérations d’essais est très<br />
chronophage et coûteux.<br />
ArianeGroup utilise la fabrication additive<br />
dans le développement du lanceur<br />
nouvelle génération Ariane 6 pour des<br />
composants métalliques. Les logiciels<br />
ANSYS et Dynardo sont utilisés pour<br />
créer un flux de travail basé sur la simulation<br />
qui prédit la qualité des pièces,<br />
pour réduire les coûts et les délais de<br />
production, et pour diminuer le poids<br />
et la place que nécessitent les pièces.<br />
Avant d’approuver des pièces produites<br />
par fabrication additive, les ingénieurs<br />
d’ArianeGroup doivent comprendre le<br />
processus de fabrication, déterminer les<br />
effets des paramètres clés sur la qualité<br />
des pièces et développer un processus de<br />
fabrication permettant de répondre de<br />
manière fiable aux exigences de qualité<br />
finale, tout en intégrant la variabilité<br />
de chaque paramètre du processus.<br />
www.ansys.com<br />
Fusée Arianespace<br />
Décollage Ariane 5<br />
La simulation du processus de fabrication additive<br />
Pour développer un flux de travail permettant d’accélérer la vitesse et de réduire<br />
les coûts de validation, les ingénieurs d’ArianeGroup et de Dynardo ont d’abord<br />
créé le modèle d’une pièce relativement simple. Ils ont simulé le processus de fabrication<br />
additive à l'aide du logiciel d'analyse par éléments finis ANSYS Mechanical<br />
et ils ont développé un script ANSYS Parametric Design Language (APDL)<br />
reproduisant le processus de fabrication additive des pièces en découpant l'intégralité<br />
de la structure en couches individuelles. Les éléments de la couche imprimée<br />
sont ensuite activés avec la commande EALIVE, qui définit leur température<br />
à la température de fusion du matériau utilisé pour produire la pièce.<br />
Différentes variantes de ce script activent soit la couche entière en une fois, soit<br />
les éléments rectangulaires de la couche par étapes, soit, de manière séquentielle,<br />
des bandes angulaires sur la couche. Les éléments sont ensuite laissés refroidir<br />
naturellement et les contraintes résiduelles<br />
sont contrôlées dans chaque<br />
élément. Une autre couche d'éléments<br />
est ensuite activée dans le modèle de<br />
la même manière que la couche précédente.<br />
Le script simule le processus<br />
complet de construction de la pièce<br />
et suit les contraintes résiduelles et la<br />
déformation de chaque élément.<br />
Le coût exceptionnellement élevé d'une<br />
défaillance dans le secteur extrêmement<br />
concurrentiel de l'aérospatial rend<br />
indispensable la réalisation d'un processus<br />
de validation minutieux. Dans le<br />
passé, cela impliquait un long processus<br />
d'essais et d'erreurs avant de valider<br />
un nouveau processus de fabrication.<br />
La simulation peut être associée à un<br />
nombre beaucoup plus réduit d’essais<br />
physiques permettant la qualification<br />
et l’adoption plus rapides de nouvelles<br />
technologies sans sacrifier la sécurité<br />
de la mission.<br />
Ariane 6
dossier<br />
Focus PME<br />
Une expertise de haut niveau<br />
dans le comportement<br />
dynamique des matériaux<br />
Lanceurs Titan et Thor<br />
Expert du choc et de l’impact à haute vitesse, Thiot Ingénierie développe en permanence son laboratoire qui a<br />
fêté ses 10 ans à l’automne dernier. Retour sur le parcours d’une entreprise experte dans sa capacité à corréler<br />
en continu essais et simulation numérique afin de mieux répondre au besoin des industriels.<br />
Fondée en 1988, Thiot Ingénierie<br />
se présente au départ comme<br />
un leader mondial dans le développement<br />
et la conception de moyens<br />
d’essais en dynamique rapide pour les<br />
laboratoires et centres de recherche :<br />
canons à gaz, chambres de détonation,<br />
barres d’Hopkinson… C’est forte de ce<br />
savoir-faire que l’entreprise décide en<br />
2008 d’ouvrir son propre laboratoire<br />
de physique des chocs à destination de<br />
ses clients venus principalement de la<br />
défense, de l’aéronautique et du spatial.<br />
Ce sont aujourd’hui quatre lanceurs<br />
à gaz, simple ou double-étage, qui<br />
équipent le laboratoire pour la réalisation<br />
d’essais d’impact et de certification<br />
jusqu’à 10,5 km/s.<br />
Citons également un banc de test complet<br />
de barres d’Hopkinson (compression,<br />
traction, torsion) pour des études de<br />
caractérisation dynamique des matériaux,<br />
un générateur d’accélérations jusqu’à 100<br />
000 G pour tester le comportement des<br />
systèmes embarqués ou encore une presse<br />
dynamique. « Nos trois équipes d’essais<br />
et une organisation optimisée du laboratoire<br />
nous permettent une grande réactivité<br />
et flexibilité dans la mise en place<br />
des campagnes expérimentales », indique<br />
Valérie Berger, responsable du laboratoire.<br />
De l’impact d’un grêlon sur une<br />
structure aéronautique à celui d’un débris<br />
spatial sur un satellite, l’expertise Thiot<br />
Ingénierie trouve son intérêt dans de<br />
nombreuses applications.<br />
La simulation numérique<br />
au cœur de l’expertise<br />
Avec une équipe d’ingénieurs et de<br />
scientifiques spécialisés en physique<br />
des chocs, l’entreprise intervient en<br />
qualité d’expert et de conseil auprès de<br />
ses clients à chacune des étapes de développement<br />
d’un nouveau produit, de la<br />
caractérisation dynamique d’un matériau<br />
jusqu’à la validation du produit.<br />
Cette expertise globale permet de<br />
gagner un temps précieux sur les phases<br />
de développement : « nous accompagnons<br />
nos clients dans la mise au point<br />
du produit le plus performant. Aux<br />
longues campagnes d’essais sont préférées<br />
des itérations essais-calcul débouchant<br />
sur des configurations d’étude plus<br />
50I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
pertinente vis-à-vis des applications de nos clients », précise<br />
Pierre Héreil, responsable de la stratégie.<br />
Les essais permettent de recaler précisément les calculs afin<br />
de mettre au point les modèles de comportement des matériaux<br />
les plus fiables et prédictifs possibles. « Cette référence<br />
à l’expérience reste indispensable dans le domaine dynamique,<br />
compte tenu des comportements singuliers des matériaux à<br />
haute vitesse de déformation ».<br />
Grêlon représentatif : une innovation<br />
pour les essais de certification<br />
Thiot Ingénierie réalise les essais de certification pour évaluer<br />
la résistance des structures aéronautiques aux menaces d’impact<br />
: grêlon, rupture d’aube, impact aviaire, pneu… Airbus,<br />
Safran ou encore Dassault comptent parmi les clients du<br />
laboratoire. Il y a quatre ans, l’équipe R&D de Thiot Ingénierie<br />
a initié un programme de recherche : Impagrel. Ce<br />
programme de type RAPID, supporté par la DGA, s’intéresse<br />
à la vulnérabilité des structures aéronautiques civiles<br />
et militaires à l’impact de grêlon. Paul Deconinck, responsable<br />
R&D, explique le contexte : « Conformément à la norme<br />
ASTM-F320, il convient d’ajouter du coton afin de renforcer<br />
les grêlons que nous lançons dans le cadre des essais de certification.<br />
Après des tests en interne montrant le manque de<br />
représentativité de cette glace “armée”, nous avons proposé le<br />
programme Impagrel que la DGA a retenu. »<br />
Impact de grêlon sur radome<br />
L’objectif : mettre au point une glace dont le comportement<br />
à l’impact est le plus proche possible d’un grêlon réel. Après<br />
quatre ans de recherche en collaboration avec deux autres<br />
laboratoires – l’IGE de l’université de Grenoble et le LaMcOs<br />
de l’Insa Lyon – l’objectif est atteint et un modèle de comportement<br />
fiable et pertinent est mis au point. « Fabriquée et<br />
mise en forme dans notre laboratoire, cette glace représentative<br />
constitue une vraie valeur ajoutée pour les essais, mais<br />
pas seulement : cette avancée majeure consolide notre expertise<br />
en modélisation du comportement sous choc de la glace,<br />
conduisant ainsi à des modèles plus prédictifs », souligne Paul<br />
Deconinck. Le laboratoire est capable de réaliser des essais<br />
à 300 m/s avec des grêlons de diamètre 50 mm, et jusqu’à<br />
1 000 m/s dans des configurations spécifiques (vulnérabilité<br />
des structures militaires).<br />
De gauche à droite : Paul Deconinck (responsable R&D), Hakim<br />
Abdulhamid (équipe R&D) et Pierre Héreil (responsable stratégie)<br />
devant une étude sur les grêlons<br />
Des applications concrètes face à la menace<br />
des débris spatiaux<br />
Les débris spatiaux représentent une menace grandissante<br />
pour la « survivabilité » des engins spatiaux. À titre d’exemple,<br />
en 2016, un objet millimétrique a endommagé sur un rayon<br />
de 20 cm un panneau solaire du satellite Copernicus Sentinel,<br />
réduisant ainsi sa puissance. Les vitesses d’impact dans<br />
l’espace se situant entre 8 et 16 km/s, les conséquences d’une<br />
collision peuvent être rapidement désastreuses. Ces phénomènes<br />
de choc sont aussi étudiés chez Thiot Ingénierie ; le<br />
laboratoire réalise pour ses clients des essais hyper-vitesse<br />
jusqu’à 10,5 km/s (un record mondial de vitesse d’impact).<br />
De telles capacités et une expertise R&D ont conduit l’entreprise<br />
à s’engager avec des partenaires d’Occitanie (DynaS+,<br />
ICA et le CEA notamment) dans un programme de recherche<br />
nommé Atihs, financé par la région Occitanie et la BPI. Son<br />
objectif : étudier l’utilisation de panneaux composites comme<br />
systèmes de protection des satellites face aux impacts de<br />
débris spatiaux. « Les matériaux composites représentent un<br />
vrai challenge pour la simulation, du fait de leur structure<br />
complexe », précise Hakim Abdulhamid, de l’équipe R&D.<br />
Les données expérimentales vont permettre d’améliorer la<br />
compréhension du comportement aux chocs de ces matériaux,<br />
et ainsi fiabiliser la prédiction des modèles qui seront<br />
développés. Un nouveau moyen d’essai pour des vitesses de<br />
l’ordre de 12 km/s est à l’étude. « Ce projet s’inscrit aussi dans<br />
notre stratégie de développement : nous souhaitons accroître les<br />
capacités de notre laboratoire pour répondre toujours mieux<br />
aux besoins de nos clients ». ●<br />
Simulation d’un impact de bille à 12 km/s sur une cible métallique<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I51
publi-communiqué<br />
Nos références<br />
A350 / A380 appareil de mesure de débit<br />
- Conception du système de mesure de débit<br />
- Développement Hardware & Software<br />
- Prototypage<br />
- Test et validation du système de climatisation<br />
tests extérieurs<br />
- Hambourg / Finkenwerder<br />
tests de composants<br />
- Test de sensibilité aux fluides<br />
- Vibration opérationnelle<br />
- Choc opérationnel<br />
- Sécurité en cas d'accident<br />
- Test de variation de température<br />
- Test d'humidité<br />
- Test d'assiette de l'avion<br />
- Étanchéité<br />
- Test ECM<br />
- Test de pression atmosphérique / altitude<br />
- Test Fungus<br />
A350 / A380 supports<br />
- Vibration de fonctionnement<br />
- Shock<br />
- Safety<br />
- Analyse de défaillance<br />
- Windmilling<br />
- Déséquilibre roue avant<br />
A400m<br />
Système de chargement :<br />
- Luminaire design<br />
- Shaker, choc, Windmilling<br />
- Tests environnementaux<br />
- Test de robustesse<br />
- Conception RFT<br />
- Coordination du test<br />
Composants intérieurs :<br />
- Shaker<br />
- Vibration de fonctionnement<br />
- Shock<br />
- Safety<br />
effort de service<br />
- Impressions subjectives<br />
- Détection d'effort<br />
- Déploiement cas de charge<br />
Bertrandt S.A.S.<br />
35-37, Avenue Louis Breguet - 78140 Vélizy-Villacoublay<br />
Courriel : paris@fr.bertrandt.com<br />
Tél. : +33 1 69351 505<br />
N° de stand au salon : Hall 4 E 128<br />
52I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
Impression 3D<br />
Un outil collaboratif d’ingénierie<br />
simultanée pour la fabrication additive<br />
La fabrication additive est de plus en plus utilisée dans l’aéronautique, en particulier chez certains<br />
leaders mondiaux de la filière, à commencer par le groupe Safran, à travers sa plateforme Safran Additive<br />
Manufacturing. Afin d’accompagner ce développement, celle-ci utilise un outil collaboratif d’ingénierie<br />
simultanée, Simufact Additive, de MSC Software.<br />
La fabrication additive est un<br />
procédé utilisé depuis quelques<br />
années dans les centres de<br />
production de Safran. Rattachée à<br />
Safran Tech, le centre de recherche de<br />
Safran, la plateforme Safran Additive<br />
Manufacturing, a pour mission d’accompagner<br />
la généralisation de cette<br />
technologie au sein du groupe, d’abord<br />
en préconisant des outils et des standards,<br />
tout en évaluant et validant les<br />
solutions par des cas-tests, puis en<br />
accompagnant les différentes sociétés<br />
du Groupe dans leur prise en main des<br />
outils.<br />
La fabrication additive de composants<br />
métalliques est de plus en plus répandue<br />
dans tous les secteurs de l'industrie.<br />
Un avantage majeur de cette technique<br />
est la liberté géométrique en matière<br />
de conception qui permet de créer des<br />
formes optimisées selon la fonction<br />
visée. Elle est désormais utilisée pour<br />
produire en série des pièces de haute<br />
technologie, notamment dans l'industrie<br />
aéronautique et spatiale.<br />
Autre atout-clé à l’utilisation des technologies<br />
d’impression 3D : la capacité<br />
de réduire le poids, le coût et la<br />
complexité de production de pièces,<br />
sans pour autant sacrifier la fiabilité et<br />
la durabilité des matériaux.<br />
Fig. 2 : Exemple de macro-fissure sur une<br />
pièce en LBM apparue au cours de la fabrication<br />
Fig. 1 : Exemple d’effet d’une collision racleur<br />
/ pièce de poudre<br />
Le challenge à relever<br />
Bien que certaines applications soient<br />
déjà à l’état de production, nombre<br />
d’entre elles sont encore au stade de<br />
démonstration. Ainsi, pour élargir l'utilisation<br />
de la fabrication additive et tirer<br />
le meilleur parti de cette technologie,<br />
il est primordial d'accélérer la capacité<br />
à modéliser en détail les procédés<br />
de fabrication additive – et plus largement,<br />
d’améliorer la compréhension<br />
des technologies en jeu par les collaborateurs<br />
du groupe concernés. C’est<br />
dans ce contexte que l’équipe Méthodes,<br />
Outils et Application de Safran Additive<br />
Manufacturing intervient. Son objectif :<br />
qualifier les solutions de simulation de<br />
procédés de fabrication additive et faciliter<br />
leur déploiement dans les unités<br />
opérationnelles de Safran.<br />
Simulation du procédé<br />
de fabrication additive<br />
L’un des procédés de fabrication auquel<br />
s’intéresse plus spécifiquement Safran<br />
Additive Manufacturing est le Laser<br />
Beam Melting (LBM). La simulation<br />
de ce procédé a notamment pour<br />
but d’identifier les problématiques de<br />
distorsion de la pièce à fabriquer, ainsi<br />
que les éventuels risques de fissuration<br />
de la pièce et de la structure qui la porte.<br />
Safran a fait appel à MSC Software qui<br />
propose une solution dont la particularité<br />
est de couvrir l’ensemble de la<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I53
dossier<br />
gamme de fabrication, depuis l’étape de fusion initiale de la<br />
pièce jusqu’à la réalisation d’un traitement CIC (Compactage<br />
Isostatique à Chaud), en passant par les opérations de<br />
post-traitement telles qu’un éventuel traitement thermique<br />
de relaxation, la découpe plateau et le retrait des supports.<br />
C’est la solution Simufact Additive.<br />
Safran Additive Manufacturing exploite ce logiciel de manière<br />
itérative dans le cadre de leurs études de faisabilité pour deux<br />
applications. D’une part, en support à la production afin de<br />
mettre au point le procédé virtuellement et ainsi réduire les<br />
itérations physiques sur machine ; d’autre part, plus en amont,<br />
en phase de conception produit, dans le but de vérifier la<br />
fabricabilité des pièces et prendre en compte les contraintes<br />
liées au procédé lors de la phase de conception produit.<br />
Simufact Additive permet d’identifier les problématiques<br />
de déformation des pièces pendant la phase de fabrication<br />
et les opérations de post-traitement, les risques de collision<br />
avec le racleur ainsi que les éventuels risques de fissuration<br />
au niveau de la pièce ou des supports.<br />
Les bénéfices pour Safran<br />
Clara Moriconi, responsable de l’équipe Méthodes, Outils et<br />
Application de Safran Additive Manufacturing, précise que<br />
« l’utilisation de Simufact Additive nous a permis de réaliser un<br />
gain de temps considérable au niveau de la préparation de la<br />
production grâce au caractère prédictif du logiciel qui permet<br />
de limiter la mise au point par itérations de fabrication en<br />
utilisant la mise au point virtuelle en amont, mais également<br />
en phase de bureau d’étude, en permettant d’anticiper les effets<br />
et les limites du procédé au niveau de la conception produit. »<br />
Fig. 4 : Exemple de macro-fissure sur une pièce en LBM apparue<br />
au cours de la fabrication<br />
Et de poursuivre : « Une des valeurs ajoutées de cette solution<br />
est qu’elle nous permet de rapprocher deux métiers : l’engineering<br />
et la production. D’une part, les personnes du bureau<br />
d’études qui exécutent une conception de produit axée sur la<br />
performance de pièces en service, et d’autre part les personnes<br />
des méthodes qui ont la maîtrise des procédés industriels et des<br />
contraintes associées. Simufact Additive est une solution adaptée<br />
à l’ingénierie simultanée qui facilite le dialogue entre les<br />
différents métiers sur un même projet. De plus, le logiciel est<br />
facile à utiliser et doté d’une interface intuitive orientée métier<br />
permettant une appropriation simple et rapide. »<br />
Assurer une continuité numérique de qualité<br />
Safran Additive Manufacturing a su bénéficier pleinement<br />
de la valeur ajoutée de la solution Simufact Additive de<br />
MSC Software pour fiabiliser l’intégration des procédés de<br />
fabrication additive dans ses processus de développement<br />
« produit-process », aussi bien en phase amont de conception<br />
produit qu’en phase aval de mise en production.<br />
L’entreprise s’attache désormais à étendre l’utilisation de la<br />
solution Simufact Additive à différentes typologies de pièces<br />
et différentes nuances de matière afin d’améliorer le processus<br />
de conception pour la fabrication additive dans son ensemble.<br />
MSC Software appuie ainsi Safran Additive Manufacturing<br />
et l’ensemble du groupe afin d’atteindre cet objectif par le<br />
biais de Simufact Additive, une solution qui s’intègre dans la<br />
chaine de valeur globale de la fabrication additive, en assurant<br />
une continuité numérique ouverte et de qualité. ●<br />
Fig. 3 : Identification de risque de fissuration locale<br />
avec Simufact Additive<br />
54I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
Novotel de la porte de Charenton - Paris<br />
Pour consulter le programme et vous inscrire:<br />
https://www.nafems.org/events/nafems/2019/conception-robuste-et-fiable-par-la-simulation/<br />
Contact: didier.large@nafems.org (06 85 88 21 62)<br />
Pour faire le point sur les avancées techniques et méthodologiques du domaine. Une bonne conception commence par<br />
identifier la relation entre la performance du produit et les variables de conception. Comprendre les relations entre ces<br />
paramètres et leur influence sur la conception globale est cruciale pour s’assurer de maintenir son problème dans un cadre<br />
technique et économique exploitable qu’il concerne le produit ou le processus de fabrication. L’optimisation de la<br />
conception robuste (RDO) induit de minimiser l’impact de la variabilité et de quantifier les incertitudes (UQ) dans la pratique<br />
de l’ingénierie par la simulation.<br />
9:00 Introduction (chairman: Yves TOURBIER (Renault) NAFEMS Jean-Marc CREPEL<br />
9:15 Quantification d’incertitudes en simulation, métamodèles et optimisation robuste ETH Zurich Bruno SUDRET (Key-note)<br />
10:00 Conception robuste en crash par réduction de modèle Renault Etienne GSTALTER<br />
10:30 Evaluation de la robustesse technico-économique du concept au stade avant-projet CT Ingenierie Laurent LEQUETTE<br />
11:30 Conception Robuste d’un disjoncteur Moyenne Tension par l’utilisation de prototypes, modèles<br />
de simulation, plan d’expérience et propagation des incertitudes<br />
Schneider<br />
Electric<br />
JEAN-PHILIPPE CLAEYS<br />
12:00 Robust Systems Coordination for Vehicle Motion Control ENSTA Moad KISSAI<br />
12:30 Conception robuste d’un dispositif de commande exter. motorisée : « Flush Handle » U-SHIN Damien BORDET<br />
14:00 Conception robuste dans l’automobile : état des lieux et enjeux Renault Fabien MANGEANT (Key-note)<br />
14:45 Conception optim. d'hélices de ventilateur de voiture. Co-auteur: M. HENNER (Valeo) Inmodelia Patrice KIENER,<br />
15:10 Deploying standard fatigue analysis process according FKM Guidelines. Co-auteurs A. CHA-<br />
BOD (HBM), K-S. TAN (Valeo-Siemens)<br />
VALEO<br />
Renan LEON<br />
15:35 Optimisation d'un mât en matériau composite. Co-auteurs: J. Lobert, FFV, P. Iashkine,ENSVN 3DS Pierre Yves MECHIN,<br />
16:35 Applications industrielles pour l'évaluation des incertitudes et de la fiabilité mécanique Phimeca Thierry YALAMAS<br />
17:05 Prise en compte des incertitudes dans le dimensionnement et l’optimisation d’engrenages Safran Benjamin FULLERINGER<br />
17:35 Uncertainty Quantification in a robust optimization on aircraft’s electrical system. co-auteur: P.<br />
Maury (Datadvance)<br />
AIRBUS<br />
Sanjiv Sharma,
dossier<br />
Simulation<br />
<strong>Essais</strong> d’impact à l’oiseau :<br />
vers une exploitation<br />
quantitative des images<br />
Les radômes aéronautiques fabriqués par Saint-Gobain sont des structures en matériaux composites qui<br />
en plus des contraintes classiquement rencontrées dans ce domaine d'application – légèreté, aérodynamisme,<br />
résistance aux impacts – doivent être transparentes aux ondes des systèmes de communication qu’elles<br />
protègent. Cette dernière fonction impose un choix de matériaux restreint et un design spécifique du composite.<br />
Afin d’assurer des performances<br />
mécaniques satisfaisantes<br />
malgré les limitations précédemment<br />
citées en introduction, il est<br />
primordial d’optimiser la structure de<br />
ces radômes ainsi que leur système d’assemblage.<br />
De plus, l’évolution rapide<br />
des systèmes de communication embarqués<br />
nécessite un travail constant sur<br />
le design basé sur des outils d’analyse<br />
fiables et efficaces. La caractérisation<br />
des matériaux mis en œuvre a donc<br />
une importance de premier ordre et<br />
doit être réalisée à des vitesses de sollicitation<br />
réalistes vis-à-vis de l’application.<br />
L’assemblage sur le fuselage<br />
de l’avion, généralement réalisé par<br />
vissage sur des supports spécifiques<br />
dépendants du type de radôme, doit lui<br />
aussi être caractérisé et validé par des<br />
essais mécaniques. Le but ici est d’optimiser<br />
cette zone fortement sollicitée<br />
afin de répondre aux différents critères<br />
de qualification et d’assurer les performances<br />
de la structure en vol.<br />
Pour étudier la résistance au choc, les<br />
essais classiquement menés visent des<br />
vitesses d’impact qui correspondent au<br />
décollage ou à l’atterrissage d’un avion<br />
de ligne, c’est-à-dire autour de 150 m/s. :<br />
ces essais d’impact à l’oiseau sont donc classiques dans l’industrie, qu’ils soient<br />
menés avec des oiseaux ou des modèles en gélatine. La vitesse d’impact étant élevée,<br />
nombre de centres d’essais se sont dotés de caméras dites « rapides » (fréquence<br />
allant de 100 à plusieurs milliers d’images par secondes) afin de mieux diagnostiquer<br />
les modes de ruptures de ces structures. Ces images viennent en complément<br />
qualitatif des mesures traditionnelles (mesure laser, jauges de déformation)<br />
sur lesquelles les ingénieurs de Saint-Gobain basent leurs analyses quantitatives.<br />
Figure 1 : montage d’essai d’impact sur matériau composites<br />
(taille approximative : 80 x 50cm).<br />
Problématique technique: les capteurs traditionnels donnent une information<br />
partielle, parfois difficile à recaler avec la simulation. Si le capteur est mal positionné<br />
ou que l’impact n’est pas à l’endroit prévu, le résultat peut ainsi varier dans<br />
des proportions importantes.<br />
L’instrumentation d’essais par corrélation d’images numériques en 2D étant déjà<br />
bien implantée dans les centres de recherche de Saint-Gobain, l’opportunité<br />
d’analyser les déformations hors plan et l’endommagement complexe générés lors<br />
d’impacts à l’aide de la stéréo-corrélation s’est présentée naturellement. La mise<br />
56I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
Figure 2 : Images de la structure entre t=0.001s et t=0.0013s,<br />
et profils de déplacement mesuré à ces instants*<br />
en œuvre des caméras a été réalisée en<br />
parallèle de l’essai, leur synchronisation<br />
étant le point technique essentiel. Dans<br />
le cas présenté ici, le tir est réalisé sur<br />
un panneau composite en verre/époxy,<br />
le but étant dans un premier temps de<br />
tester la méthode ainsi que la réponse<br />
du matériau dans un cas simple. Un<br />
mouchetis de peinture a été déposé sur<br />
la surface opposée à l’impact permettant<br />
l’exploitation par corrélation d’images<br />
(voir Figure 1).<br />
Pour cette application, la stéréo-corrélation<br />
d’images est réalisée directement<br />
sur le maillage éléments finis<br />
fourni par la simulation, dans le logiciel<br />
EikoTwin. Cette méthode permet<br />
de comparer les résultats mesurés directement<br />
avec le résultat du calcul. La<br />
mesure par imagerie permet d’obtenir<br />
une vision globale de la déformation<br />
de la structure, et même de couvrir<br />
une durée d’essai plus importante que<br />
les capteurs traditionnels. En effet, à<br />
cause de la violence de l’impact, des<br />
grandes déformations et de l’endommagement<br />
qui en résultent, les jauges et<br />
leur câblage ne résistent généralement<br />
pas à l’ensemble du test. Le post-traitement<br />
de ces essais permet donc de<br />
comprendre comment se déforme la<br />
structure dans le temps, et l’influence<br />
du mode d’impact du projectile sur<br />
la tenue des fixations (voir figures 2<br />
et 3). La figure 3 met par exemple en<br />
évidence une asymétrie de chargement<br />
vers la gauche de l’image, qui se propage<br />
dans les premières millisecondes. Un tel<br />
comportement n’aurait pas pu être mis<br />
en évidence avec une instrumentation<br />
classique, et apporte déjà des réponses<br />
aux ingénieurs sur le niveau de répétabilité<br />
de tels essais.<br />
Prochaine étape : la comparaison avec<br />
un jumeau numérique de cet essai afin<br />
d’identifier les paramètres matériau<br />
de la loi de comportement du composite<br />
testé. La vue globale des résultats<br />
permise par la corrélation d’image<br />
donne l’occasion de valider les conditions<br />
aux limites, point crucial dans<br />
ces simulations. La mesure sur le maillage<br />
permettra d’effectuer cette comparaison<br />
directement. Le but ultime de<br />
cette étape fondamentale résidera dans<br />
une identification robuste de la loi de<br />
comportement matériaux dans des<br />
conditions similaires à l’application<br />
industrielle pour laquelle des simulations<br />
seront réalisées. ●<br />
N. Cordero, F. Fremy, M.Beneck<br />
(Saint-Gobain)<br />
F. Mathieu (EikoSim)<br />
Figure 3 : Profil de déplacement de la ligne horizontale centrale<br />
en fonction du temps, mesuré par corrélation d’images numérique<br />
* Le traitement d’image permet de révéler un profil de déplacement difficile à détecter à l’œil nu<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I57
dossier<br />
Méthode<br />
Une nouvelle méthodologie de calibration<br />
des jauges de contraintes d’aubes<br />
statoriques<br />
Les radômes aéronautiques fabriqués par Saint-Gobain sont des structures en matériaux composites qui<br />
en plus des contraintes classiquement rencontrées dans ce domaine d'application – légèreté, aérodynamisme,<br />
résistance aux impacts – doivent être transparentes aux ondes des systèmes de communication qu’elles<br />
protègent. Cette dernière fonction impose un choix de matériaux restreint et un design spécifique du composite.<br />
Lors d’un essai moteur, les<br />
aubes des étages statoriques du<br />
compresseur basse-pression<br />
sont instrumentées avec des jauges de<br />
déformations pour déterminer leur<br />
réponse dynamique durant le test. Pour<br />
compenser les erreurs dues à leur positionnement,<br />
des facteurs de calibration<br />
sont appliqués sur les mesures.<br />
La calibration est actuellement effectuée<br />
en utilisant un jeu de jauges de<br />
déformations placées à des positions<br />
adéquates. Un pot vibrant est utilisé<br />
pour exciter l’étage statorique dans la<br />
plage de fréquence opérationnelle et des<br />
facteurs de calibration sont calculés à<br />
partir de ces mesures. Cependant, le<br />
grand nombre de modes impliqués rend<br />
le traitement de l’ensemble des mesures<br />
non trivial. En conditions nominales,<br />
les étages statoriques sont soumis à une<br />
excitation spécifique induite par les<br />
étages environnants. Il est dès lors pertinent<br />
de focaliser le post-traitement sur<br />
les modes qui ont la plus grande probabilité<br />
de répondre en fonctionnement.<br />
Cet article décrit d’abord la procédure<br />
de calibration actuellement utilisée.<br />
Différentes approches pour améliorer<br />
cette procédure sont ensuite analysées :<br />
l’analyse modale préliminaire de l’étage<br />
statorique, l’utilisation de plusieurs pots<br />
vibrants ainsi que le remplacement des<br />
jauges de calibration par des mesures au<br />
vibromètre laser. Une nouvelle méthodologie<br />
basée sur ces améliorations est<br />
finalement décrite.<br />
Procédure actuelle<br />
La structure considérée est un étage<br />
statorique d’un compresseur basse-pression<br />
(voir figure 1).<br />
Figure 1 : Structure considérée [1]<br />
Deux types de jauges sont placées sur<br />
les aubes : la jauge dite « moteur » qui<br />
est utilisée lors de l’essai moteur et les<br />
jauges dites « de calibration » qui ne<br />
sont utilisées que pour la calibration. Un<br />
balayage sinus est effectué sur toute la<br />
plage de fréquence d’intérêt à l’aide d’un<br />
pot vibrant excitant la virole externe.<br />
Les facteurs de calibration sont calculés<br />
pour toutes les fréquences de résonance<br />
détectées. Ce facteur compare les<br />
mesures expérimentales aux résultats<br />
de la simulation. Il vaut 1 si la jauge est<br />
parfaitement positionnée et si le modèle<br />
éléments finis est parfaitement corrélé<br />
aux mesures expérimentales. Les principaux<br />
inconvénients de cette procédure<br />
sont la nécessité de calculer les facteurs<br />
de calibration à chacune des fréquences<br />
de résonance, le coût du placement des<br />
jauges et l’erreur de positionnement<br />
associée ainsi que la faible valeur du<br />
rapport signal / bruit.<br />
Analyse modale préliminaire<br />
Une des principales caractéristiques<br />
d’un mode d’une structure axisymétrique<br />
est son ordre. La figure 2 montre<br />
un mode d’ordre 2 (à gauche) et d’ordre<br />
3 (à droite). Chaque point représente<br />
une pale, les points gris étant leur position<br />
initiale et les points colorés leur<br />
position déformée. L’ordre d’un mode<br />
correspond au nombre de ses diamètres<br />
nodaux, qui sont les diamètres reliant<br />
les points fixes.<br />
Figure 2 : Illustrations des modes<br />
et des diamètres nodaux d’une structure<br />
axisymétrique<br />
58I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
Afin de déterminer l’ordre des modes,<br />
une analyse modale de l’ensemble de<br />
l’étage est effectuée en amont de la<br />
calibration. Pour ce faire, une mesure<br />
est prise sur chaque aube à l’aide d’accéléromètres<br />
mono-axiaux légers.<br />
Pour des structures plus sensibles,<br />
une mesure par vibromètre laser serait<br />
préconisée. Une analyse modale expérimentale<br />
est ensuite effectuée en utilisant<br />
les méthodes d’identification LSCE-<br />
LSFD.<br />
Pour illustrer les résultats, nous avons<br />
choisi le diagramme de SAFE [2]. La<br />
figure 3 montre l’évolution typique de<br />
la fréquence d’un mode d’une structure<br />
axisymétrique en fonction de la vitesse<br />
de rotation et de l’ordre du mode. Le<br />
diagramme de SAFE est une projection<br />
2D de cette surface dans le plan<br />
fréquence-ordre à une vitesse de rotation<br />
donnée. Il peut être construit facilement<br />
à partir de calculs éléments finis<br />
effectués à différents ordres imposés.<br />
Nous proposons ensuite un critère<br />
permettant d’extraire l’ordre d’un mode<br />
expérimental en le corrélant à différentes<br />
ondes sinusoïdales. La figure 4<br />
illustre les valeurs de ce critère pour un<br />
mode en particulier sur un diagramme<br />
de SAFE à l’aide de boules en nuances<br />
de gris. Plus le mode est proche d’une<br />
onde sinusoïdale d’un ordre donné,<br />
plus son critère est proche de 1 et plus<br />
la couleur de la boule représentée est<br />
noire. Le mode donné en exemple a<br />
un ordre dominant de 2 mais a également<br />
des composantes à 1, 5 et 7. Une<br />
autre particularité est que la somme<br />
des critères pour un mode expérimental<br />
est de 1.<br />
Figure 4 : Illustration du critère<br />
La figure 5 montre la superposition<br />
des diagrammes de SAFE numérique<br />
(lignes colorées) et expérimental<br />
(boules en nuance de gris) pour la<br />
structure étudiée. Trois familles de<br />
modes ressortent clairement. Dans<br />
notre exemple, l’excitation subie lors de<br />
l’essai moteur est d’un ordre bien particulier.<br />
Grâce à ce diagramme, il est aisé<br />
de déterminer la fréquence du mode à<br />
l’ordre désiré et de limiter la calibration<br />
à une plage de fréquence réduite.<br />
Utilisation de plusieurs pots<br />
vibrants<br />
Afin de se rapprocher de l’essai moteur,<br />
où un seul ordre est dominant, nous<br />
avons utilisé une excitation à plusieurs<br />
pots vibrants pour approprier les<br />
modes, voir figure 6. La distribution<br />
circonférentielle des pots vibrants a été<br />
optimisée [3] afin de maximiser l’énergie<br />
injectée dans l’ordre d’intérêt et de<br />
minimiser l’énergie injectée dans les<br />
ordres adjacents.<br />
Figure 6 : Utilisation de plusieurs pots vibrants<br />
Nous avons utilisé une excitation par<br />
onde tournante, qui est représentative<br />
des conditions réelles. Pour cette excitation,<br />
il faut que l’amplitude de la force<br />
mesurée au point de contact entre un<br />
des pots vibrants et la structure soit la<br />
même pour tous les pots vibrants et que<br />
la phase soit modulée en fonction de<br />
leur position circonférentielle. L’évolution<br />
de la phase est illustrée à la figure 7,<br />
avec en bleu la position des aubes et en<br />
rouge celle des pots vibrants.<br />
Figure 3 : Diagramme 3D d’un mode<br />
d’une structure axisymétrique<br />
Figure 5 : Diagramme de SAFE numérique<br />
et expérimental<br />
Figure 7 : Évolution de la phase pour une onde<br />
tournante<br />
La figure 8 montre les résultats de l’analyse<br />
modale effectuée avec cette excitation<br />
et avec un seul pot vibrant.<br />
Les résultats sont fort similaires pour<br />
le mode de flexion, avec une légère<br />
amélioration du critère. Pour le mode<br />
de torsion, cependant, le critère se<br />
dégrade fortement avec plusieurs pots<br />
vibrants. Nous pouvons remarquer une<br />
distorsion de la réponse à proximité des<br />
excitateurs. Cela peut s’expliquer par<br />
deux facteurs : la puissance limitée des<br />
excitateurs utilisés et l’implémentation<br />
difficile de l’appropriation modale.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I59
dossier<br />
Figure 8 : Comparaison des résultats obtenus avec un et cinq excitateurs<br />
Remplacement des jauges de calibration<br />
par un vibromètre laser<br />
Le placement des jauges est coûteux, prend du temps et<br />
est propice aux erreurs de positionnement. En outre, leur<br />
fréquence de coupure supérieure est inférieure à celle d’autres<br />
capteurs et les mesures peuvent avoir un faible rapport signal<br />
sur bruit pour les fréquences d’intérêt.<br />
Nous proposons de les remplacer par des mesures de vitesse<br />
prises par un vibromètre laser, voir figure 9.<br />
Afin d’obtenir une bonne précision sur la position du point<br />
de mesure, un bras de mesure portable peut être utilisé, voir<br />
figure 10. Ce bras permet la mesure précise de la position des<br />
points par rapport à un point de référence. Le modèle numérique<br />
de la pièce peut être importé dans le logiciel du bras de<br />
mesure, ce qui permet de placer les points de mesure dans le<br />
système d’axe du modèle. L’opération de réduction (recherche<br />
du nœud du modèle correspondant au point de mesure)<br />
est plus aisée en réduisant la composante de l’erreur due à<br />
la détermination de la position du point de mesure. Cela<br />
permet d’améliorer sensiblement les facteurs de calibration.<br />
Figure 9 : Vibromètre laser<br />
Figure 10 : Bras de mesure<br />
60I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
dossier<br />
Proposition de méthodologie<br />
pour la calibration des contraintes<br />
En considérant tous les résultats obtenus, une nouvelle<br />
méthodologie de calibration des contraintes est proposée.<br />
Celle-ci consiste en :<br />
1. Étude préliminaire :<br />
a. Détermination de la position d’un accéléromètre par pale.<br />
b. Détermination de la position d’excitation.<br />
2. Recherche des fréquences des modes d’intérêt :<br />
a. Excitation de la structure par un balayage sinus à l’aide<br />
d’un seul pot vibrant. Le pot vibrant utilisé doit avoir une<br />
puissance suffisante pour surmonter l’amortissement de<br />
la structure. Toutes les pales doivent être mesurées. Les<br />
mesures doivent être faites avec des accéléromètres monoaxiaux<br />
légers ou avec un vibromètre laser.<br />
b. Analyse modale sur l’ensemble de la bande de fréquence.<br />
c. Calcul des critères et construction du diagramme de SAFE.<br />
d. Détermination des fréquences des modes d’intérêt.<br />
3. Calibration des jauges :<br />
a. Excitation de la structure par un balayage sinus autour des<br />
fréquences d’intérêt avec un seul pot vibrant positionné au<br />
niveau de l’aube à calibrer. La vitesse de balayage doit être<br />
suffisamment lente pour que le mode puisse se mettre en<br />
place. Les mesures peuvent être prises à l’aide de jauges de<br />
déformation ou avec un vibromètre laser.<br />
b. Calcul des facteurs de calibration et des coefficients de<br />
variation.<br />
Références<br />
[1] Ligot, J., Hoffait, S., de Cazenove, J., Vallino, F.<br />
et Golinval, J.-C. “Stress Calibration Methodology<br />
of Stator Blades Using Experimental SAFE<br />
Diagram”. Proceedings of ASME Turbo Expo 2018.<br />
GT2018-76709. Oslo, Norvège. 11-15 juin 2018.<br />
[2] Singh, M. P., Vargo, J. J., Schiffer, D. M. et Dello,<br />
J. D. “SAFE Diagram – A Design and Reliability<br />
Tool for Turbine Blading.” Technology Report<br />
ST16. Dresser-Rand Company. Wellsville, NY.<br />
1988.<br />
[3] Nyssen, F., Golinval, J.-C., Viguié, R. et Simon, D.<br />
“Excitation of Nodal Diameter Mode-Shapes of<br />
a Stator Ring of a Turbojet Engine Using a Limited<br />
Number of Excitation Sources.” Proceedings<br />
of ASME Turbo Expo 2013. GT2013-94779.<br />
San Antonio, TX. 3-7 juin 2013.<br />
Conclusions<br />
L’objectif de ce travail est de proposer des améliorations à la<br />
méthodologie de calibration de contraintes des aubes statoriques<br />
lors d’essais moteur. Une analyse modale effectuée<br />
en un point par pale combinée à des post-traitements novateurs<br />
utilisant un diagramme de SAFE expérimental permet<br />
la sélection rapide des bandes de fréquence où effectuer la<br />
calibration. Les résultats de ce post-traitement peuvent également<br />
être utilisés comme corrélation entre les mesures expérimentales<br />
et le modèle numérique.<br />
L’utilisation de plusieurs excitateurs permet l’appropriation<br />
des modes d’intérêt. Pour le premier mode de torsion, en<br />
raison de la puissance limitée des pots vibrants utilisés et de<br />
l’imperfection de l’appropriation modale, les résultats n’étaient<br />
pas satisfaisants. Le remplacement du jeu de jauges de calibration<br />
par des mesures au vibromètre laser combiné à l’utilisation<br />
d’un bras de mesure réduit l’erreur de positionnement,<br />
la durée d’instrumentation ainsi que la puissance nécessaire<br />
pour avoir un rapport signal sur bruit acceptable. Ces<br />
effets tendent à améliorer la qualité des facteurs de calibration<br />
calculés. Finalement, une méthodologie de calibration<br />
des contraintes basée sur ces améliorations est proposée.<br />
Quelles perspectives ?<br />
Dans des structures telles que les disques aubagés monoblocs<br />
où l’amortissement entre les pales est plus faible et où l’effet<br />
du désaccordage est plus prononcé, les modes expérimentaux<br />
ne sont pas aussi bien séparés que dans cette étude et sont des<br />
combinaisons linéaires de plusieurs ordres. Le diagramme<br />
de SAFE expérimental détectera ainsi plusieurs modes expérimentaux<br />
pour un ordre donné. Un travail supplémentaire<br />
doit être effectué sur ce type de structure.<br />
Une excitation à plusieurs excitateurs améliorée, par exemple<br />
grâce à l’utilisation de pots vibrants plus puissants associés à<br />
un logiciel d’appropriation modale plus avancé, devrait affiner<br />
les résultats du diagramme de SAFE expérimental ainsi<br />
que les facteurs de calibration. Une campagne plus approfondie<br />
de mesures au vibromètre laser devrait être réalisée<br />
afin de déterminer dans quelle situation ce type de mesures<br />
est intéressant. ●<br />
Jérôme Ligot<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I61
VIE DE L’ASTE<br />
FORMATIONS 2019<br />
Thèmes Cycles Code<br />
Mécanique vibratoire<br />
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires<br />
(Niveau 1)<br />
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires<br />
(Niveau 2)<br />
Application au domaine industriel<br />
MV1<br />
MV3<br />
Formation de<br />
Base ou<br />
Spécifique<br />
B<br />
B<br />
Intervenant et lieu<br />
IUT du Limousin<br />
Durée en<br />
jours<br />
MV2 3<br />
SOPEMEA (78)<br />
3<br />
3<br />
Prix<br />
Adhérent<br />
ASTE HT<br />
1 570 €<br />
1 570 €<br />
1 570 €<br />
Dates<br />
proposées<br />
26-28 mars<br />
3-5 sept.<br />
10-12 sept<br />
8-10 octobre<br />
Chocs mécaniques : mesures, spécifications, essais et<br />
analyses de risques<br />
MV4<br />
S<br />
Christian LALANNE, Henri<br />
GRZESKOWIAK et Yvon<br />
MORI (78)<br />
3 1 570 €<br />
19-21 mars<br />
19-21 nov<br />
Acquisition et traitement des<br />
signaux<br />
Pilotage des générateurs de<br />
vibrations<br />
Principes de base et caractérisation des signaux TS1 B IUT du Limousin 3 1 570 € 21-23 mai<br />
Traitement du signal avancé des signaux vibratoires TS2 S<br />
Pierre-Augustin<br />
GRIVELET et Bruno<br />
COLIN (78)<br />
3 1 570 € 17-19 sept<br />
Principes utilisés et applications PV S SOPEMEA (78) 4 1 890 € 25-28 nov<br />
Analyse modale expérimentale et Initiation aux<br />
SOPEMEA ou AIRBUS<br />
Analyse modale AM S<br />
3 1 570 €<br />
calculs de structure et essais<br />
D&S (31)<br />
11-13 juin et 1-3<br />
octobre<br />
Climatique<br />
Principes de base et mesure des phénomènes<br />
thermiques<br />
CL1 B IUT du Limousin 3 1 570 € 12-14 nov<br />
Application au domaine industriel CL2 B AIRBUS D&S (31) 3 1 570 € 4-6 déc<br />
Electromagnétisme<br />
Sensibilisation à la compatibilité électromagnétique EL1 S IUT du Limousin 3 1 570 € 11-13 juin<br />
Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM) Exploitation<br />
des normes<br />
EL2 S EMITECH (78)<br />
2 1 170 €<br />
21-22 mars<br />
Prise en compte de l'environnement dans un<br />
programme industriel (norme NFX-50144-1)<br />
Henri GRZESKOWIAK<br />
P1 S<br />
2 1 170 €<br />
(78)<br />
11-12 sept<br />
Personnalisation du produit à<br />
son environnement<br />
Prise en compte de l’environnement mécanique<br />
(norme NFX-50144-3)<br />
Prise en compte de la norme NFX-50144 dans la<br />
conception des systèmes<br />
P2<br />
P3<br />
S<br />
S<br />
Bruno COLIN et Pascal<br />
LELAN (78)<br />
Bruno COLIN (78)<br />
3<br />
3<br />
1 570 € 8-10 octobre<br />
1 570 €<br />
19-21 nov<br />
Prise en compte de l’environnement climatique<br />
(norme NFX-50144-4)<br />
Henri GRZESKOWIAK et<br />
P4 S<br />
3<br />
Henri TOLOSA (78)<br />
1 570 €<br />
24-26 sept<br />
Extensomètrie : collage de jauge, analyse des<br />
résultats et de leur qualité<br />
M1<br />
S<br />
Raymond BUISSON (78)<br />
3 1 570 €<br />
3-5 déc<br />
Mesure<br />
Concevoir, réaliser, exploiter une campagne de<br />
mesures<br />
M2<br />
B<br />
Pascal LELAN (78) 2<br />
1 170 €<br />
10-11 déc<br />
Mesure tridimensionnelle M3 B IUT de LIMOGES 1 900 € 3 avril et 5 nov<br />
Fiabilité et <strong>Essais</strong><br />
Conception et validation de la fiabilité -<br />
dimensionnement des essais pour la validation de la<br />
conception des produits<br />
E1 S<br />
Alaa CHATEAUNEF (78) 3 1 570 €<br />
Dates à définir<br />
Les essais accélérés et aggravés E2 S Alaa CHATEAUNEF (78) 2 1 170 € Dates à définir<br />
Simulation<br />
Qualité et métrologie<br />
Fatigue des matériaux métalliques :<br />
<strong>Essais</strong>, dimensionnement et calcul de durée de vie<br />
sous chargement complexe<br />
La simulation numérique et les essais :<br />
complémentarités - comparaisons<br />
Gestion d’une Salle blanche : application dans un<br />
Centre d’<strong>Essais</strong><br />
L’assurance qualité dans les laboratoires d’essais<br />
selon le référentiel EN ISO/CEI 17025<br />
E3 S Alexis BANVILLET 2 1 170 € 26-28 nov<br />
S1<br />
ME1<br />
B<br />
S<br />
Jean-Paul PRULHIERE et<br />
Philippe PASQUET (78)<br />
AIRBUS D&S (31)<br />
1 170 €<br />
ME 2 S EMITECH (78) 2 1 170 € 25-26 sept<br />
2<br />
2<br />
1 170 €<br />
10-11 sept<br />
20-21 mars 24-<br />
25 sept<br />
62I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
VIE DE L’ASTE<br />
L’ASTE organise prochainement<br />
trois nouvelles journées techniques<br />
« <strong>Essais</strong> de fiabilité » - le 8 octobre 2019 sur le site de PSA<br />
Vélizy.<br />
La matinée sera consacrée aux conférences techniques<br />
et l'après-midi, à la viste des bancs d’essais de PSA. Le<br />
programme est en cours de construction.<br />
« Optimisation des process de préparation d'essais » -<br />
le 28 novembre sur le site de Thales Alenia Space à Cannes.<br />
La matinée sera consacrée aux conférences techniques et<br />
l'après-midi, à la viste des salles blanches de Thales Alenia Space.<br />
Les sujets abordés concerneront :<br />
• Corrélation calcul/essai<br />
• Prévention de dysfonctionnements en amont de la campagne d'essais<br />
• Optimisation des process d’instrumentation<br />
• <strong>Essais</strong> multiphysiques simultanés<br />
Site de Thales Alenia Space à Cannes<br />
EN SAVOIR PLUS > Patrycja Perrin<br />
01 61 38 96 32 / pperrin@aste.asso.fr<br />
« Mesure thermique par fibre optique » - en automne 2019 sur le site de l’Icam de Toulouse (la date reste à confirmer).<br />
La matinée sera consacrée à des conférences sur la mesure de température de surface et la mesure de température d’un<br />
objet sur différents points. L’après-midi les participants pourront rencontrer des sociétés du secteur au cours d’ateliers<br />
applicatifs proposés sur leurs stands.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019 I63
index<br />
Au sommaire du prochain numéro :<br />
dossier<br />
Spécial Automobile :<br />
Les moyens d’essai et de simulation<br />
numérique dans le domaine de<br />
l’industrie automobile – témoignages,<br />
cas pratiques et reportages<br />
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
Spécial Corrélation d’essais :<br />
Quoi de neuf sur le marché pour<br />
assurer la bonne corrélation des<br />
essais et de la simulation ?<br />
MESURES<br />
Spécial Measurement World :<br />
Toutes les technologies CND<br />
et de métrologie pour les laboratoires<br />
d’essai industriels<br />
AEROTECH............................................................. 35<br />
AIRBUS group..................................................... 39<br />
AIRBUS DEFENSE AND SPACE........................... 18<br />
AIRBUS HELICOPTERS........................................ 36<br />
ALPHANOV...............................................................6<br />
ANSYS........................................................... 40 et 49<br />
ARAS....................................................................... 10<br />
ASTE....................................................................... 63<br />
ASTECH PARIS RÉGION....................................... 34<br />
ATOS..........................................................................6<br />
BERTRANDT................................................. 29 et 52<br />
CAPAAB...................................................................23<br />
CEA..........................................................................13<br />
CEVAA........................................................................6<br />
CLIMATS..................................................................45<br />
COMSOL............................... 30 et 4 e de couverture<br />
DB VIB............................................................. 4 et 20<br />
DEWE FRANCE.........................................................9<br />
DJB INSTRUMENTS...............................................27<br />
EIKOSIM........................................................ 11 et 56<br />
ELTEC......................................................................47<br />
ESI GROUP.................... 1 re et 2 e de couverture et 6<br />
ETTC........................................................................33<br />
GENCI......................................................................15<br />
GOOGLE.....................................................................6<br />
HGL DYNAMICS......................................................14<br />
IXBLUE............................................................ 7 et 17<br />
KISTLER..................................................................18<br />
LEASAMETRIC.......................................................21<br />
M+P INTERNATIONAL............................... 25 et 317<br />
MBDA.........................................................................6<br />
MECACOUSTIC.......................................................30<br />
MEGATRON.............................................................19<br />
MEASUREMENT WORLD............. 3 e de couverture<br />
MESURES-ET-TESTS............................................29<br />
MSC SOFTWARE....................................................53<br />
NAFEMS FRANCE...........................................8 et 55<br />
NOLISYS..................................................................26<br />
ONE-TOO.................................................................47<br />
OROS.............................................................. 22 et 32<br />
PCB PIEZOTRONICS..............................................24<br />
ROHDE & SCHWARZ................................................6<br />
SAFRAN..................................................................53<br />
SAFRAN VENTILATION SYSTEMS........................44<br />
SAINT-GOBAIN.......................................................56<br />
SAAB MEDAV TECHNOLOGIES...............................6<br />
SIEMENS...................................................................6<br />
SIEMENS PLM SOFTWARE........................... 36 et 2<br />
SIMUTEC.................................................................12<br />
SOPEMEA................................................................34<br />
TAPPENBECK.........................................................39<br />
TERATEC................................................. 13, 41 et 64<br />
UNIVERSITÉ DE LIÈGE..........................................26<br />
V2I.................................................................. 43 et 58<br />
VALUTEC.................................................................33<br />
VIBRATEC...................................................... 47 et 50<br />
ZUNUM AERO.........................................................40<br />
600<br />
c’est le nombre de PME que le programme SiMSEO<br />
(porté par Teratec) a sensibilisées à l’usage de la<br />
simulation numérique et 180 le nombre d’entre elles<br />
ayant déjà bénéficié d’un accompagnement visant<br />
à intégrer des outils de simulation numérique dans<br />
l’industrie manufacturière et le BTP. Au total, dans<br />
l’industrie manufacturière, le programme SiMSEO<br />
a déployé 52 offres de service métiers couvrant les<br />
domaines de la conception et de la fabrication. Dans<br />
l’industrie du BTP, c’est 25 offres de service ayant été<br />
déployées dans les domaines de la structure, l’énergie,<br />
l’acoustique, l’éclairage et l’analyse du cycle de vie.<br />
>> Plus d’informations dans les pages 13 et 15<br />
du magazine<br />
Retrouvez nos anciens numéros sur :<br />
www.essais-simulations.com<br />
64I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>137</strong> • mai 2019
Pub MW 210X297 25/01/2019 13:56 Page1<br />
24>26<br />
S E P T<br />
2 0 1 9<br />
Paris expo<br />
Porte de Versailles<br />
ANALYSE CONTRÔLE OPTIQUE PROCESS VISION<br />
VOS MESURES<br />
PRENNENT<br />
DE LA HAUTEUR !<br />
Pour exposer, visiter : www.measurement-world.com
Inventé au 19ième siècle. Optimisé pour aujourd’hui.<br />
Distribution des contraintes de von Mises dans le carter d’un moteur à<br />
induction avec prise en compte des effets électromécaniques.<br />
Au 19ème siècle, deux scientifiques ont inventé séparément<br />
le moteur à induction AC. Aujourd’hui, c’est un composant<br />
commun en robotique. Comment y sommes nous arrivé, et<br />
comment les ingénieurs d’aujourd’hui peuvent-ils continuer<br />
d’améliorer ces moteurs?<br />
Le logiciel COMSOL Multiphysics® est utilisé pour simuler des<br />
produits, des systèmes et des procédés dans tous les domaines<br />
de l’ingénierie, de la fabrication et de la recherche. Découvrez<br />
comment l’appliquer pour vos designs.<br />
comsol.blog/induction-motor
Change language