Production Maintenance n°46

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Technologie Méthode Diagnostic de défauts dans les structures mécaniques par Subspace Fitting La localisation de défauts dans les structures mécaniques est une tache cruciale pour de nombreuses applications industrielles. Prédire de manière précoce un endommagement permet alors de réduire considérablement les coûts liés à la maintenance. Dans cette optique de nombreuses méthodes basées sur l’analyse vibratoire ont émergé ces dernières années. Plus particulièrement, les méthodes basées sur le recalage de modèles Eléments Finis (EF) visent à corréler un modèle numérique avec des données expérimentales issues de la structure surveillée. La corrélation est effectuée en ajustant les paramètres incertains du modèle. Lorsque ces paramètres sont sensibles aux défauts, il est alors possible de les diagnostiquer. La méthode présentée est basée sur le recalage d’une matrice d’observabilité obtenue par EF à partir d’une matrice d’observabilité identifiée expérimentalement par une méthode temporelle de sous-espaces. Cette technique appelée Subspace Fitting est illustrée par la localisation d’une fissure dans une poutre. Théorie Le SF est un concept qui vise à faire correspondre le comportement dynamique d’une matrice d’observabilité construite par EF () avec celle obtenue expérimentalement () à partir d’une identification par sous-espaces. Un problème de la forme est obtenu, où sont les paramètres du modèle EF à recaler. L’optimisation est conduite au travers d’un algorithme de Gauss-Newton. La synoptique de la méthode est reportée en Figure 1. Pour les systèmes mécaniques, une fissure peut être modélisée par une perte de rigidité locale. D’un point de vue du modèle EF, cela se traduit par une variation du module d’Young au niveau de l’endommagement. Pour diagnostiquer ce défaut le modèle EF est partitionné en deux sous-structures. L’une d’entre elle étant associé au défaut. En choisissant comme paramètres à recaler la largeur, la position du centre et le module d’Young de cette sous-structure, la méthode permet alors de localiser l’endommagement et d’en estimer son importance. Application expérimentale pour une poutre Figure 2 La méthode proposée est appliquée à la localisation d’un défaut dans une poutre. Cette poutre possède les caractéristiques géométriques suivantes : une longueur de 1 m, une largeur de 0.0249 m et une épaisseur de 0.0053 m. Ses caractéristiques physiques sont celles de l’acier, c’est à dire un module d’Young de 200 GPa, une densité de 7 850 kg/m3 et un coefficient de Poisson de 0.3. Cette poutre est encastrée à l’une de ses extrémités. La poutre est excitée par un marteau d’impact à 0.25 m de l’encastrement. Trois accéléromètres sont utilisés pour enregistrer la réponse temporelle, d’une durée de 5s, échantillonnée à 2 048 Hz, positionnés à 0.1 m, 0.5 m et 0.9 m de l’encastrement (Figure 2). Le défaut est obtenu en sciant la poutre sur une largeur de 0.0006 m et une profondeur de 0.004 m, à 0.2 m de l’encastrement. À la fin de la procédure, le défaut est localisé entre les postions 0.19 m et 0.21 m avec une réduction du module d’Young de 77%. Les résultats de la localisation de l’endommagement sont reportés en Figure 3. Conclusion Figure 3 Une méthode de recalage de modèle EF est utilisée pour diagnostiquer un défaut dans une poutre. La méthode est basée sur le SF et l’emploi d’un modèle EF sous-structuré. La méthode est appliquée pour la localisation d’un défaut dans une poutre, en recalant les paramètres de la sous-structure relative au défaut. Après recalage le défaut est localisé avec une bonne précision. Cette méthode est applicable, en utilisant une stratégie différente de localisation, au diagnostic de plusieurs défauts, et pour des structures mécaniques plus complexes. Roger Serra (ENI Val-de-Loire) Remerciements Les auteurs remercient l’Union européenne (Feder Centre) et le Conseil régional du Centre pour leur soutien financier. PRODUCTION MAINTENANCE SEPTEMBRE 2014 PAGE 14
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