Expérience SimRod : des pavés aux tests de durabilité des véhicules (partie 4)

Dans mon dernier article de blog, j'ai expliqué comment vous pouvez facilement vérifier si les procédures de test de durabilité prédéfinies sur le terrain d'essai ont été correctement effectuées par le pilote avec le logiciel Simcenter Testlab Neo.  Grâce aux capacités de traitement intégrées de Simcenter Testlab Neo, vous êtes en mesure d'obtenir ces résultats avec la meilleure qualité et dans les délais prévus.

Je vous ai également montré que Simcenter Testlab Neo vous permet de faire une analyse plus approfondie des données de charge, pour vous faire une idée du comportement de durabilité du véhicule.  Nous avons calculé des paramètres spécifiques à la durabilité, tels que le potentiel de dommage, à l'aide de la méthode de comptage des flux de pluie et de la courbe S-N correspondante.  Nous avons élargi nos connaissances sur les performances du véhicule en calculant le passage à niveau et le temps passé à niveau, et en affichant un graphique DSP, nous avons pu effectuer une vérification du contenu en fréquence des canaux d'accélération.

Le "tableau croisé dynamique" et l'image "Aperçu" m'ont permis d'obtenir une vue d'ensemble complète, mais condensée, des résultats avec un nombre limité de clics sur les boutons, et grâce aux "rapports actifs", j'ai pu fournir à mes coéquipiers un rapport visuel exploitable au format Microsoft Word ou Powerpoint pour plusieurs canaux et exécutions, réduisant considérablement le temps que vous consacrez à la création de rapports !

Mais les capacités de traitement ne s'arrêtent pas là ! Simcenter Testlab vous permet également de calculer les mesures hors déformation la durée de vie en fatigue de votre composant, ou même de compresser les mesures de durabilité de longue durée en calendriers d'essai raccourcis pour vos travaux d'essai sur banc d'essai ou de simulation.

Dans cet article de blog, je vais vous expliquer comment je peux accélérer mes tests de durabilité en créant un calendrier d'essais pour les bancs d'essai à partir de mesures de longue durée.

Tests de durée de vie accélérés pour la validation des performances de durabilité

Il existe 4 façons d'accélérer un test de durabilité :

• Augmenter la vitesse de l'essai de durabilité (en utilisant le même signal temporel sur un temps plus court)
• Augmenter l'amplitude du signal appliqué
• Omettre (ou supprimer) les parties de votre signal qui ne causent pas de dommages significatifs
• Ou simplifier le test (en convertissant le signal original en un seul (ou plusieurs) programme de cycle de bloc d'amplitude composé d'ondes sinusoïdales)

Pour toutes ces méthodes, le principe de base est de conserver les dommages du signal ou du test d'origine.  Les dommages sont la partie la plus importante que vous souhaitez conserver dans votre nouveau signal accéléré.

Les deux premières méthodes sont plutôt faciles à appliquer et sont donc fréquemment utilisées par de nombreux clients.  Mais comme il y a des limites à l'accélération de votre signal en utilisant ces méthodes et au moment où vous pouvez les appliquer en toute sécurité, j'aimerais approfondir un peu plus les deux dernières méthodes.

Omettre les événements non dommageables des mesures de longue durée

L'un des plus grands défis lorsqu'il s'agit de raccourcir les mesures réelles de longue durée pour valider les performances de durabilité, est de conserver les dommages et d'éliminer tout le reste.

Alors, comment pouvez-vous supprimer les événements non dommageables de votre signal temporel ?

Tout d'abord, un peu de contexte.

Dans l'image ci-dessus, vous voyez sur le côté gauche un diagramme de paires de portées d'une série de temps de chargement dans une vue des dommages cumulés. Lorsque vous regardez de plus près, vous verrez que tous les cycles de chargement inférieurs à 4000N ne contribuent qu'à moins de 0,5 % des dégâts totaux.  Donc, supprimer ces cycles de mon signal ne causerait qu'une perte de 0,5 % de dommages par rapport au signal d'origine.  0,5 % est un chiffre négligeable !

Cependant, si nous exprimons maintenant le même diagramme de paires de plages en nombre de cycles cumulés, alors nous voyons que si nous supprimons tous ces cycles d'une amplitude inférieure à 4000N et ne gardons que les cycles de haute amplitude, le nombre total de cycles passe de 1000 à 70.  Ainsi, ce faisant, vous pouvez réduire la durée totale du chargement de plus d'un facteur 14, tout en conservant presque les mêmes dégâts !

La suppression de ces cycles non dommageables peut être effectuée automatiquement avec le logiciel Simcenter Testlab Neo !

Un exemple !

Comme expliqué dans mes précédents articles de blog, puisque nous n'étions autorisés à conduire que dans un sens et non en marche arrière après avoir atteint la fin de la route accidentée de durabilité, nous devons continuer sur le circuit ovale jusqu'à atteindre à nouveau le début de la route accidentée.  Dans la plupart des cas, nous avons arrêté les mesures après avoir atteint la fin de la route accidentée, mais j'ai fait un tour où nous avons continué à mesurer en roulant sur le circuit ovale. 

Le nom de cette mesure s'appelle "Divers 02".  Pendant la mesure, j'ai roulé 3 fois sur le circuit ovale et la route accidentée, de sorte que la course contient à la fois des parties non dommageables (où j'ai roulé sur le circuit ovale) et des parties dommageables (où j'ai roulé sur la route accidentée).

J'aimerais raccourcir cette course en supprimant les parties non dommageables et en ne gardant que les parties dommageables.

Le processus que j'ai préparé dans Simcenter Testlab Neo pour raccourcir le signal mesuré, ressemble à ce qui suit. Cela semble complexe, mais ce n'est pas le cas.  Le raccourcissement du signal n'est qu'une très petite partie du processus, le reste consiste à calculer les résultats de l'analyse pour faciliter la comparaison du résultat et de la saisie.

La partie la plus importante de mon processus est la partie "Compresser les signaux", marquée en bleu clair.

• Dans cette partie du processus, je sélectionne d'abord des canaux de contrôle. Il s'agit dans ce cas de toutes mes jauges de contrainte mesurées.
• Sur la base de ces canaux de contrôle, je vais créer avec la deuxième méthode un canal d'index. Dans ce canal, la valeur est fixée à 1 pour les pièces qui contribuent à des amplitudes plus petites jusqu'à un total de 20 % du total des dommages.  Cela laisse les pièces restantes avec une valeur définie à 0 qui totalise jusqu'à 80 % des dégâts.
• Ensuite, en fonction du canal d'index, la méthode suivante effectuera la coupe proprement dite, de sorte qu'elle supprimera les parties du signal d'origine qui ne contribuent pas à 80 % des dommages totaux. Dans cette méthode, j'ai également défini le mode de fondu pour éviter les transitions avec des pentes raides entre deux pièces conservées.

Pour mieux comparer les signaux compressés avec les signaux originaux, j'ai étendu le processus pour faire une analyse supplémentaire sur les données (comme le calcul des statistiques, le rapport entre les dommages et la durée et la DSP).

Après avoir lancé le processus, j'ai en un seul clic un aperçu clair et compact des résultats grâce au Tableau croisé dynamique et à l'affichage de l'aperçu.

• Dans la partie supérieure de l'écran, vous voyez le temps.  La courbe rouge est le signal d'origine et la verte est le signal compressé. Vous voyez immédiatement que nous l'avons beaucoup compressé. Nous sommes passés d'environ 400 secondes à un peu moins de 21 secondes (donc une réduction de 90 % du temps !).
• Mais malgré cela, si vous regardez les ratios de dégâts restants dans le tableau du milieu, vous voyez que les dommages du signal d'entrée et du signal compressé sont presque les mêmes (97 %).
• Dans le graphique "Paire de plages exprimée en cycles", en bas de l'écran, vous voyez que le signal compressé contient environ 10 fois moins de cycles que le signal d'origine.
• Et dans le graphique "Paires de portées exprimées en dommages", vous voyez clairement que le signal compressé représente toujours plus de 95 % du total des dommages d'origine.

En bas à droite, le graphique DSP montre que bien que nous ayons retiré beaucoup du signal, et le signal compressé n'a pas demandé beaucoup plus de travail. Il n'a pas non plus ajouté de pics de fréquence (qui pourraient provenir de la connexion de segments après la coupe) et la forme générale du DSP reste très similaire.

Création de "tests de cycle de bloc" de durabilité pour les bancs d'essai

Le signal que nous avons créé après avoir retiré les parties non dommageables est encore un signal assez complexe. Il contient des charges d'amplitudes différentes, de fréquences différentes, ...  de nombreux bancs d'essai ne sont malheureusement pas capables de faire fonctionner un tel signal.  Nous devons donc le convertir en un signal avec un nombre limité d'amplitudes constantes et une fréquence fixe.  C'est ce que l'on appelle un "test en cycle de bloc".

Vous pouvez appliquer cette technique si votre composant est plutôt rigide et n'utilise pas de pièces en caoutchouc ou en élastomère. De plus, cela fonctionne mieux si la charge est uniaxiale.

Laissez-moi vous expliquer comment Simcenter Testlab s'y prend.

• Vous partez donc de la série chronologique d'origine (graphique en haut à gauche)
• Pour ce signal temporel, une matrice rainflow est construite.
• Ensuite, la matrice rainflow est divisée en 3 zones, représentant 3 cas d'utilisation de votre composant/véhicule.
  En théorie, vous pouvez choisir le nombre d'amplitudes que vous souhaitez avoir dans votre test de cycle de bloc, mais la plupart de nos clients en prennent 3, pour obtenir des résultats plus représentatifs.
  • Une zone "normale" : cette zone contient par exemple 90 % des cycles d'origine et représente les routes normales (et les charges respectives).  Cette zone est marquée 3.
  • Une zone "accessoire" : cette zone contient par exemple 9 % des cycles d'origine et représente par exemple des trous dans la route. Ces trous peuvent être présents, mais espérons-le, pas très souvent.  Il s'agit de la zone 2.
  • Une zone "accidentelle" : cette zone contient finalement par exemple 1 % des cycles d'origine et représente les charges causées lors de la collision avec le trottoir.  Cela se produit peut-être une ou deux fois au cours de la durée de vie du véhicule et provoque des chocs (et des dommages) très importants sur votre véhicule.  Il s'agit de la zone 1.
• Pour chacune de ces 3 zones, on prend maintenant l'amplitude maximale et la moyenne d'un cycle d'échantillonnage.  Pour chacune de ces amplitudes, les dégâts sont calculés, ainsi que le nombre de cycles/facteurs de répétition afin d'obtenir les mêmes dommages pour cette zone totale.
• Avec ces 3 amplitudes, un signal temporel est construit, où chacune des amplitudes est répétée afin de causer les mêmes dommages que le signal d'origine.

Ce nouveau signal temporel est ce que nous appelons un "test de cycle de bloc", en raison de la forme du graphique.

Mettons maintenant cela en pratique !

En guise de données d'entrée, je vais prendre l'une des mesures effectuées sur la piste de bloc belge.

Afin de créer un programme d'essai ou un signal d'essai pour un banc d'essai, vous prenez généralement le signal des capteurs de déplacement qui sont montés sur la suspension du véhicule. Donc, dans notre cas, j'ai pris le signal mesuré par le capteur de déplacement qui était monté sur la roue avant gauche et l'autre de la roue avant droite.

Voici donc ci-dessous les deux signaux que je vais simplifier et convertir en un test de cycle de bloc pour mon banc d'essai.

Lorsque je démarre le processus dans Simcenter Testlab Neo, j'ai la possibilité d'affiner davantage les paramètres.  Si nécessaire, je peux modifier par exemple la taille des différentes zones ou la fréquence du signal d'onde sinusoïdale créé. Dans mon cas, je garde la fréquence à 1 hertz, mais vous pouvez aussi la régler à 4 Hz par exemple pour accélérer encore plus :

Dans un premier temps, Simcenter Testlab calcule quelques résultats :

Dans notre exemple, le signal d'origine a environ 200 cycles, mais le signal simplifié, le signal de cycle de bloc, ne contient que 19 cycles.  Mais le rapport de dégâts du signal original et du signal compressé est un peu supérieur à un, donc presque les mêmes dommages.

Lorsque le processus est terminé et que je sélectionne mon premier signal, vous voyez dans l'image d'aperçu le "signal d'origine" (le vert, que j'ai sélectionné comme entrée) et le signal réel pour votre banc d'essai (le rouge).

Vous voyez également les 3 amplitudes dans ce signal de test de cycle de bloc.

Je peux maintenant utiliser ces signaux pour mon programme de banc d'essai.

Comme vous pouvez le constater, le logiciel Simcenter Testlab Neo est bien plus qu'un simple logiciel d'acquisition ou un outil d'analyse de données !  Avec Simcenter Testlab Neo, vous pouvez également convertir vos données mesurées en calendriers de test accélérés, mais équivalents aux dommages, qui peuvent être exécutés sur votre banc d'essai, et ce en quelques clics.

Dans le prochain article de blog, je vais élaborer un peu plus sur un sujet que j'ai déjà abordé dans l'un de mes précédents articles de blog, à savoir l'analyse des données pour la durabilité.  Dans ce nouvel article de blog, je vais vous montrer comment vous pouvez calculer la durée de vie en fatigue réelle des composants de votre véhicule, en utilisant, encore une fois, le logiciel Simcenter Testlab Neo !

Restez à l'écoute !

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