Approche stochastique de la Fatigue Vibratoire : comparaison entre les méthodes Peak-Valley et RainFlow Counting

Stochastic approach of fatigue vibratory: comparison between Peak-Valley method and rainflow counting method

Nexter Systems, Versailles, France
e-mail: b.colin@nexter-group.fr

Reçu : 18 Octobre 2011
Accepté : 15 Mai 2012

Résumé

Dans les secteurs industriels de l’énergie et du transport, les structures mécaniques sont soumises à de forts niveaux de contraintes dynamiques qui impactent grandement le niveau de durabilité de ces dernières. Dans un contexte de réduction de coût de possession et d’extension de durée de vie, les industriels sont conduits désormais à bien maîtriser la fiabilité mécanique de leur produit. Pour ce faire et de part la nature stochastique des chargements dynamiques, les méthodes utilisées sont celles de la fatigue vibratoire, basées sur des représentations fréquentielles, tant au niveau du schéma modal de la structure, qu’au niveau de la définition de ses processus d’excitation et de contrainte. De ces considérations techniques, le présent article fait le tour des méthodes de calcul utilisées en fatigue vibratoire et compare les méthodes de comptage Peak-Valley (PV) avec celles du RainFlow Counting (RFC), reconnues comme les moins conservatives et donc les plus pertinentes, en terme de prédiction de durée de vie. En ce qui concerne les méthodes Peak-Valley, les modèles historiques de Rice [S.O. Rice, Bell Systems Technical Journal 23 (1944) 282-332; 24 (1945) 46-156] et de Miles [J.W. Miles, J. Aeronautical Sci. 21 (1954) 753-762], développées en 1944 et 1954, sont pris comme référence et comparés aux modèles RainFlow Counting de ces dernières années. Pour ce faire, l’étude comparative se basera notamment sur les approches empiriques de Wirsching-Light [P.H. Wirsching, M.C. Light, J. Structural Division ASCE 106 (1980) 1593-1607], et semi-empiriques de Dirlik [T. Dirlik, Application of computer in fatigue analysis, Ph.D. thesis, University of Warwick, 1985], développées respectivement en 1980 et 1985.

Abstract

In the energy and transport industrial sectors, the mechanical structures are subjected to strong levels of dynamic stresses which largely impact the level of durability of these structures. In a context of reduction of the life cycle cost and extension of lifetime, the industrialists are led from now on to controlling well the mechanical reliability of their product. In addition, because of the stochastic nature of the dynamic loadings, the methods used are those of the fatigue vibratory, which models the modal behavior of the structure and the random processes of excitation, in the spectral domain. Of these technical considerations, this article gives a good view on the methods of calculation used in fatigue vibratory. It thus compares the methods of Peak-Valley counting (PV) with those of RainFlow Counting (RFC), recognized like the least conservative and thus most relevant, in term of prediction of lifetime. With regard to the Peak-Valley methods, the Rice model [S.O. Rice, Bell Systems Technical Journal 23 (1944) 282-332; 24 (1945) 46-156] and Miles model [J.W. Miles, J. Aeronautical Sci. 21 (1954) 753-762], developed respectively in 1944 and 1954, are taken as reference and compared with the models RainFlow Counting of these last years. With this intention, the comparative study will be based in particular on the empirical approaches of Wirsching-Light [P.H. Wirsching, M.C. Light, J. Structural Division ASCE 106 (1980) 1593-1607], and semi-empirical of Dirlik [T. Dirlik, Application of computer in fatigue analysis, Ph.D. thesis, University of Warwick, 1985], developed respectively in 1980 and 1985.