Analyse modale par LDV d’un dôme en aluminium

Note d’application | Essais modaux

Analyse modale par LDV d’un dôme en aluminium

La cartographie LDV sans contact transforme un dôme en aluminium léger en un cas d’étude modal pratique. Six résonances de 20 Hz à 925 Hz ont été capturées sous forme de cartes d’amplitude et de phase en plein champ, rendant visibles la structure nodale, l’ordre circonférentiel et l’alignement des fréquences sans ajouter de masse ou de câblage à la coque.

Les déformées modales deviennent interprétables lorsque l’amplitude et la phase sont visualisées ensemble

Les coques courbes se comportent rarement comme des systèmes à point unique. Des données modales utiles doivent montrer où la mobilité se concentre, quelles régions se déplacent en phase ou en opposition de phase, et comment les lignes nodales évoluent à mesure que l’ordre modal augmente. Le balayage LDV fournit directement cette vue : la luminosité révèle l’amplitude de vibration, la couleur révèle la phase instantanée, et les lignes de transition entre les régions de phase identifient la structure nodale de la coque. Pour les principes de mesure, voir la vibrométrie laser Doppler.

Balayage sans contact du dôme avec un flux de travail FRF basé sur une référence

L’objet d’essai était un dôme hémisphérique en aluminium. La surface visible a été balayée sans contact tandis qu’un canal de référence de contrôle permettait le traitement de la réponse en fréquence et le filtrage par cohérence. Les résultats inférieurs au seuil de cohérence de 0,71 ont été exclus de l’interprétation.

• Technique : Vibromètre laser Doppler à balayage pour la vitesse de surface en plein champ sans contact.
• Traitement de référence : Fonction de réponse en fréquence par rapport au canal de contrôle EHSC, avec filtrage de cohérence avant interprétation.
• Géométrie de balayage : Plage de Phi de -6,0 degrés à +6,5 degrés par incréments de 0,05 degré pour 251 trames de mesure.
• Sorties : Amplitude en dB et phase en radians de -pi à +pi à chaque pic de résonance.

Six résonances révèlent une série de flexion circonférentielle nette

En lisant de gauche à droite, les résonances mesurées passent d’une réponse à basse fréquence influencée par le support à des motifs de coque circonférentiels progressivement plus fins. La réponse à 60 Hz est le premier mode structurel clairement résolu dans cette séquence et s’interprète au mieux comme une forme circonférentielle à quatre lobes. Les cartes suivantes à 190 Hz et 630 Hz suivent la même tendance avec environ six et dix lobes, respectivement, tandis que les cartes à plus haute fréquence montrent un festonnement du bord encore plus fin.

La théorie des coques explique l’ordre ; l’ajustement fréquentiel vérifie l’échelle

La théorie des vibrations des coques minces pour les coques sphériques et hémisphériques organise la réponse par ordre circonférentiel. Les familles d’ordre supérieur ajoutent plus de diamètres nodaux autour de la coque et apparaissent donc comme un lobage plus fin sur les cartes mesurées. Le balayage suit cet ordre : la première comparaison structurelle est la réponse à quatre lobes à 60 Hz, suivie de motifs d’ordre supérieur près de 190 Hz et 630 Hz. Pour plus d’informations, voir Vibration of Shells de la NASA et le rapport Georgia Tech / NASA sur la réponse et les fonctions propres des coques hémisphériques.

La vérification de fréquence a utilisé le diamètre extérieur mesuré de 278 mm, une épaisseur de coque nominale de 0,70 mm et les propriétés génériques de l’aluminium : E = 69 GPa, densité = 2 730 kg/m3 et coefficient de Poisson = 0,33. Sous ces hypothèses, le modèle à ordre réduit prédit les six résonances à 22,5, 63,5, 196,9, 397,6, 665,4 et 1 000,1 Hz. En gardant le matériau fixe et en ajustant uniquement une épaisseur effective, on obtient 0,654 mm, alignant la séquence sur 21,0, 59,3, 183,9, 371,4, 621,7 et 933,4 Hz.

Pour l’usage technique, l’épaisseur ajustée agit comme un paramètre d’échelle effectif. Elle capture la tolérance, la souplesse du support et les effets d’amortissement local tout en conservant l’hypothèse du matériau aluminium, ramenant la séquence de fréquences modélisée à moins de 5,1 % des résonances mesurées.

Des essais modaux à la cartographie des vibrations industrielles

Le même flux de travail sans contact s’adapte aussi bien aux petites structures de coque qu’aux actifs industriels plus importants. Pour un flux de travail modal complet, voir l’analyse modale quantitative en plein champ. Pour une reconstruction vectorielle dense, voir l’analyse du champ de vitesse 3D et des déformations. Pour les diagnostics sur site des actifs rotatifs et électriques, voir l’exemple de diagnostic de moteur et transformateur WEG. Pour le contexte au niveau système, voir les avantages du Laser RADAR à faisceaux parallèles et le Laser RADAR Q2. Pour le contexte du fabricant, voir WEG.