Quels sont les points les plus importants à prendre en compte lors du choix d’un système d’essais pour les analyses mécaniques dynamiques ?
1. ABSENCE DE RESONANCES MECANIQUES
Les essais DMA (Analyse mécanique dynamique) sont l’étude du comportement dynamique d’un matériau ou d’un composant. Le plus souvent, les caractéristiques de la DMA sont étudiées en fonction d’une vitesse variable à une amplitude de déplacement fixe, donc en fonction d’une fréquence variable. Lorsque la fréquence d’excitation augmente, la précision de mesure dynamique du capteur peut être altérée. L’excitation à haute fréquence peut produire par inadvertance des modes de résonance mécanique dans la structure du bâti, ce qui fausse souvent la précision de mesure des capteurs de déplacement et de force.
Les mesures typiques des capteurs de déplacement basées sur le bâti (LVDT ou encodeur) peuvent être altérées par un mouvement erroné au niveau de la base de référence de montage du capteur à cause des vibrations en résonance. Les mesures des capteurs de force peuvent être faussées par une forte accélération induite sur un capteur à cause des vibrations en résonance. Cette accélération peut entraîner des erreurs inertielles importantes dans la mesure de la force. Il existe des techniques qui peuvent aider à réduire la sensibilité d’un capteur à ces vibrations indésirables, mais elles ne sont pas sans compromis. Il est plus efficace d’éliminer toutes les résonances mécaniques du bâti, susceptibles d’être présentes dans la plage de fonctionnement du système. Avec une norme d’étalonnage dynamique, une vérification dynamique peut confirmer que vos mesures DMA ne sont pas altérées par des résonances mécaniques. Un bon système de DMA ne présentera aucun mode de résonance mécanique préjudiciable dans l’axe de mesure.
2. CAPACITE A MESURER DES AMPLITUDES DE PLAGE DYNAMIQUE EXTREMES
Les exigences des essais DMA repoussent souvent les limites de l’amplitude de la plage dynamique des capteurs de force et de mouvement. Pour certains matériaux élastomères et thermoplastiques, il est souvent nécessaire d’effectuer des mesures au-dessus et au-dessous de la température de transition vitreuse dans la même configuration d’essai. Le module élastique (et la rigidité) du matériau peut varier selon un facteur de 1 000 au moment de passer d’une température inférieure à la température de transition vitreuse, à laquelle le matériau est dur comme du verre, à une température supérieure à la température de transition vitreuse, à laquelle le matériau est caoutchouteux et relativement mou.
Cela implique que si une force sinusoïdale constante était appliquée dans toute la configuration de l’essai, les déplacements du matériau dans la zone vitreuse pourraient être relativement faibles. Mais cette même amplitude de force sinusoïdale appliquée au-dessus de la transition vitreuse, lorsque la rigidité pourrait varier selon un facteur de 1 000, signifie que le déplacement au-dessus de la transition vitreuse varierait également selon un facteur de 1 000. Inversement, si un déplacement sinusoïdal constant était appliqué dans toute la configuration de l’essai, les forces du matériau dans la zone caoutchouteuse pourraient être relativement faibles. Mais cette amplitude de déplacement constant appliquée au-dessus de la transition vitreuse, lorsque la rigidité pourrait varier selon un facteur de 1 000, signifie que l’amplitude de la force varierait également selon un facteur de 1 000. Ces deux scénarios nécessitent un système d’essais capable de mesurer sur des amplitudes de plage dynamique extrêmes.
3. CONTROLE SUPERIEUR DE L’AMPLITUDE DYNAMIQUE
La plupart des élastomères et des thermoplastiques présentent une non-linéarité d’amplitude importante, ce qui signifie que le module élastique (ou la rigidité) mesuré du matériau dépend de l’amplitude de l’excitation appliquée. Des amplitudes d’entrée différentes (déplacement ou force) se traduiront par une rigidité ou un module mesuré(e) différent(e). En fait, l’objectif de certains programmes d’essais est de mesurer cette dépendance à l’amplitude. Pour ces essais, un balayage d’amplitude est appliqué avec une fréquence et une température fixes et le module mesuré qui en découle est rapporté. Pour de nombreux essais, le paramètre qui varie est la fréquence d’excitation et la température du matériau. Mais, étant donné que le module et la réponse du matériau dépendent tellement de l’amplitude, il est extrêmement important que l’amplitude d’excitation d’entrée de l’essai soit connue et contrôlée avec précision. Ce contrôle d’amplitude devient encore plus difficile à des fréquences d’essai plus élevées.
Contrôler l’amplitude dynamique souhaitée est plus efficace grâce à des boucles d’asservissement en temps réel et souvent grâce à des compensateurs à boucle externes supplémentaires. Il est important que ces lois de contrôle aient une bande passante élevée et soient solidement stables. Les boucles d’asservissement à faible bande passante ou les compensateurs à boucle externes lents peuvent imposer des cycles « d’apprentissage » ou de « convergence » supplémentaires sur l’éprouvette et provoquer un échauffement interne de l’éprouvette, ce qui se traduit par des données trompeuses sur les caractéristiques des matériaux. L’absence de lois de contrôle extrêmement stables peut également entraîner une instabilité de la boucle d’asservissement qui endommage souvent l’éprouvette. En résumé, un contrôle supérieur de l’amplitude dynamique est un attribut critique du système d’essais DMA.
