Amortissement virtuel pour la conception vibroacoustique des lanceurs futurs

Virtual Damping for Vibroacoustic Design of Future Launchers

• Auteur / Autrice : Mohamed Krifa
• Direction : Noureddine Bouhaddi, Scott Cogan, Gaël Chevallier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 19/05/2017
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : David Néron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noureddine Bouhaddi, Scott Cogan, Gaël Chevallier, David Néron, Mohamed Ichchou, Jean-Luc Dion, Najib Kacem, Bernard Troclet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Ichchou, Jean-Luc Dion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amortissement (mécanique)

Mots clés libres

Amortissement modal

Liaisons boulonnées

Méta-modèle

Dissipations localisées

Réduction de modèles

Quantification des méconnaissances

Bolted joints

Meta model

Localized dissipations

Modal damping

Uncertainty quantification

Model reduction

Résumé

Dans le dimensionnement des lanceurs spatiaux, la maîtrise de l'amortissement est une problématique majeure. Faute d'essais sur structure réelle très couteux avant la phase finale de qualification, la modélisation de l'amortissement peut conduire à un sur-dimensionnement de la structure alors que le but recherché est de diminuer le coût du lancement d'une fusée tout en garantissant le confort vibratoire de la charge utile.Nos contributions sont les suivantes. Premièrement, une méthode de prédiction par le calcul des niveaux vibratoires dans les structures de lanceurs en utilisant une stratégie d'essais virtuels qui permet de prédire les amortissements en basses fréquences, est proposée. Cette méthode est basée sur l'utilisation de méta-modèles construits à partir de plans d'expériences numériques à l'aide de modèles détaillés des liaisons. Ces méta-modèles peuvent être obtenus grâce à des calculs spécifiques utilisant une résolution 3D par éléments finis avec prise en compte du contact. En utilisant ces méta-modèles, l'amortissement modal dans un cycle de vibration peut être calculé comme étant le ratio entre l'énergie dissipée et l'énergie de déformation. L'approche utilisée donne une approximation précise et peu coûteuse de la solution. Le calcul non-linéaire global qui est inaccessible pour les structures complexes est rendu accessible en utilisant l'approche virtuelle basées sur les abaques.Deuxièmement, une validation des essais virtuels sur la structure du lanceur Ariane 5 a été élaborée en tenant compte des liaisons boulonnées entre les étages afin d'illustrer l'approche proposée. Lorsque la matrice d'amortissement généralisé n'est pas diagonale (car des dissipations localisées), ces méthodes modales ne permettent pas de calculer ou d'estimer les termes d'amortissement généralisé extra-diagonaux. La problématique posée est alors la quantification de l'erreur commise lorsque l'on néglige les termes extra-diagonaux dans le calcul des niveaux vibratoires ; avec un bon ratio précision / coût de calcul.Troisièmement, la validité de l'hypothèse de diagonalité de la matrice d'amortissement généralisée a été examinée et une méthode très peu coûteuse de quantification a posteriori de l'erreur d'estimation de l'amortissement modal par la méthodes des perturbations a été proposée.Finalement, la dernière contribution de cette thèse est la proposition d'un outil d'aide à la décision qui permet de quantifier l'impact des méconnaissances sur l'amortissement dans les liaisons sur le comportement global des lanceurs via l'utilisation de la méthode info-gap.

In the dimensioning of space launchers, controlling depreciation is a major problem. In the absence of very expensive real structural tests before the final qualification phase, damping modeling can lead to over-sizing of the structure while the aim is to reduce the cost of launching a rocket while guaranteeing the vibratory comfort of the payload.[...]