Modelling fatigue spectra of aircraft structure under gust loads

par Thomas Reytier

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Pierre Maréchal et de Christian Bes.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Modélisation de la turbulence atmosphérique dans les spectres de fatigue des structures d'avions


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  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à l'analyse de fatigue et de tolérance aux dommages des structures d'avions soumis aux rafales de vent. L'analyse de fatigue et de tolérance aux dommages est un enjeu essentiel dans la conception des structures d'avions. Elle permet de définir un programme d'inspection de la structure afin d'assurer sa sécurité tout au long de la vie de l'avion. La première partie passe en revue l'état de l'art dans les différents domaines impliqués dans le processus global d'analyse de fatigue des structures d'avions soumis aux rafales de vent: la modélisation de la turbulence atmosphérique, le calcul des charges et des contraintes à l'aide d'analyses par éléments finis, la construction du spectre de fatigue et enfin, l'analyse de fatigue et de tolérance aux dommages. La deuxième partie présente le processus complet actuellement implémenté au sein d'Airbus. Les points forts et les points faibles de ce processus sont d'identifiés et permettent de dégager des axes d'amélioration. A partir du modèle de turbulence continue basé sur la densité spectrale de puissance (DSP) de Von Karman, les contraintes calculées sont insérées selon des statistiques établies par des mesures envol dans le spectre de fatigue pour former une séquence de cycles de contraintes. Les données d'entrée pour l'analyse de fatigue et tolérance aux dommages sont obtenues à partir de la définition des différents profils de mission, des valeurs de contraintes unitaires, de la réponse dynamique de la structure et des statistiques de turbulence. Dans la troisième partie, une nouvelle méthodologie est présentée afin d'obtenir des séquences temporelles des contraintes dues à la turbulence de manière précise et efficace. Cette méthode s'appuie sur de nouveaux résultats permettant de générer des signaux temporels corrélés à partir des DSP. Tout d'abord, les DSP des différentes composantes des contraintes sont directement obtenues à l'aide d'une analyse par éléments finis à partir de la DSP de Von Karman. Puis, les séquences temporelles corrélées de ces contraintes sont générées et sont ensuite distribuées dans le spectre de fatigue selon la loi statistique de l'intensité de la turbulence atmosphérique. Ce nouveau processus permet d'améliorer le calcul des contraintes et la génération du spectre de fatigue. Il remplace les statistiques de turbulence par des statistiques de franchissement de niveaux de contraintes raisonnablement conservatives définies par une formule analytique. De plus, le temps de livraison des données d'entrée pour l'analyse de fatigue et tolérance aux dommages est significativement réduit. Les résultats présentés, issus de l'analyse de fatigue et de tolérance aux dommages, permettent de souligner la qualité des améliorations apportées à la fois en termes de précision et de durée du processus.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (100 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 95-100

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0038
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