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Le FDS (Fatigue Damage Spectrum)

La personnalisation des essais de GlyphWorks utilise le fatigue damage spectrum (FDS), une technique d'analyse très utile pour évaluer quantitativement la possibilité d'un mode de défaillance en fatigue sur des composants ou des systèmes opérants dans un environnement mécanique vibratoire. La théorie mathématique utilisée pour calculer le FDS est présentée dans AECTP-240 Environmental Test Methods (Edition 4) Leaflet 2410, et est référencé par les standards NATO STANAG 4370, UK DEF STAN 00-35 et USA MIL-STD- 810G.

Les exemples FDS (et MRS) illustrés et expliqués dans le The Fatigue Damage Spectrum utilisent la version précédente de Leaflet 2410, et suivez les références à travers la norme française, GAM-EG-13 et les livres de Lalanne à partir desquels elle est fondée.

Un schéma du processus destiné à calculer le Spectre de Réponse Maximum (MRS) et le spectre des dommages en fatigue (FDS) à partir d'une accélération mesurée (cliquez sur l'image pour agrandir)

Applications FDS

FDS devrait être utilisé comme méthode de comparaison relative entre deux ou plusieurs historiques de formes d'ondes ou d'environnements de test vibratoires. Utilisées de cette façon, les propriétés en fatigue des matériaux sont identiques pour chaque cas et des similarités relatives ou une différence sur les historiques d'ondes ou les environnements de tests vibratoires sont décelés. Pour un tel rapport d'analyse la seule propriété en fatigue requise est l'exposant Basquin "B", la pente de la courbe contrainte/vie. L'autre hypothèse principale, et la limitation, est le facteur d'amortissement inconnu Q. En pratique il est utilisé par défaut à 10, et encore pour une analyse relative qui révèle des similitudes et des différences entre les environnements vibratoires.

Cela signifie que le FDS peut être utilisé pour comparer les dommages potentiels cumulés en fatigue pendant la durée de divers environnements vibratoires comme dans le secteur de:

  • Tests de confection: Def Stan 00-35 [1], AECTP-240 [2] et Mil Std 810 [3] tous recommandent les tests en vibration en confection en laboratoire. Le chapitre de la vibration de Mil Std 810 commence avec les mots suivants “la confection est essentielle”, et  l'AECTP-240 [2] Leaflet 2410/1 Annex C décrit le FDS comme “une technique attrayante dans le développement d'un programme d'essai vibratoire en laboratoire”.
  • Qualifications vibratoires par Read Across Evidence: Dans beaucoup de cas, un exemple de tests existants de qualification de vibrations est disponible dans le cadre d'un équipement utilisé dans un environnement vribratoire spécifique d'un avion ou un environnement défini par un des standards Def Stan 00-35, AECTP-240 ou Mil Std 810. Dans de tels cas, la comparaison des tests existants avec les exigences en vibration des fabricants peut se révéler suffisante pour le nouvel avion permettant sa validation complète sans avoir à recourir à des tests additionnels. Ceci offre une énorme économie car les tests en vibration représentent une importante part des coûts de test et du coût des tests des composants, lesquels sont détruits à la fin de chaque test. Si les résultats du test existant sont insuffisants pour une validation complète, il est souvent utile de justifier une approbation par vol expérimental soumis à une enveloppe de vol limitée ou un nombre d'heures de vol.
  • Health Usage Monitoring (HUM): Le FDS est une méthode d'analyse qui permet d'augmenter la capacité des systèmes de surveillance HUMS embarqués. pendant de nombreuses années, les avions ont utilisé des compteurs en fatigue et des comptages accélérométriques pour contrôler leur niveau d'accélération en vol afin d'estimer leur durée de vie structurelle pendant le vol. Cette approche FDS est très appropriée pour évaluer la durée de vie en vibration, dans le cadre de la validation des tests de vibration en durée de vie, pour les matériaux sensibles (par exemple l'équipement électronique et les structures de missiles, ref AECTP-200 [5] Leaflet 2410/1) et des systèmes complexes localisés comme l'hydraulique, les systèmes de carburant, etc...
Les références complètes sont listées sur le spectre de dégâts en fatigue: le poster explicatif est disponible en téléchargement.

Exemple d'application du FDS

Ces trois applications du FDS sont utilisées au cours de l'intégration réussie d'un réservoir externe sur un hélicoptère.

  • Des résultats existants sur les tests en qualification vibratoire étaient insuffisants pour une validation complète, mais suffisante pour justifier un certain nombre d'heures de vol expérimental afin de valider ces résultats.
  • La santé du système a été surveillée durant le vol expérimental en comparant les FDS cumulatifs avec les résultats des test de qualification vibratoire existants.
  • Cela a montré que les FDS cumulatifs de tests du vol expérimental ont augmenté rapidement à certaines fréquences et pourraient en dépasser certaines issues des essais de qualification.
  • La conséquence de ceci a conduit le fabricant à une restructuration avec succès de leur système en passant d'un nouveau test de qualification personnalisé à cet environnement spécifique de vibration sur hélicoptère.
  • La qualification de cette refonte a été confirmée par une surveillance accrue lors de vols expérimentaux et l'analyse FDS des accélérations mesurées.

Contenu connexe

Le "Fatigue Damage Spectrum" (FDS): Fiche technique explicative

Télécharger la fiche FDS

Brochure des essais personnalisés (PDF)