Qu’est-ce que le test de choc mécanique (et de vibration) ?

Sur ces pages, nous parlons souvent des essais environnementaux des produits et des matériaux.

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Mais une catégorie très vaste et importante de tests sur les produits et les matériaux est celle des essais mécaniques.

Les essais de choc mécanique et de vibration sont fondamentaux dans cette catégorie d'essais et nous allons voir aujourd'hui en quoi ils consistent.

Comment fonctionne le test de choc mécanique (et de vibration)

Les essais de choc mécanique et de vibration partagent de nombreux objectifs, car ils constituent la pierre angulaire de tous les essais mécaniques de produits et de matériaux ; mais ils présentent également d’importantes différences.

Le test de choc mécanique sert à évaluer la capacité d'un objet à résister à des impacts ou chocs soudains qu'il pourrait subir dans des situations réelles. 

Il existe différents types d'essais mécaniques, tels que les essais de chute et les essais d'impact. Généralement, l'objet est soumis à une accélération ou une décélération soudaine et rapide, ce qui provoque un impact.

Les essais de vibration, quant à eux, évaluent les effets d'une contrainte légère mais subtile, que l'on appelle vibration. Les situations réelles générant des vibrations sont nombreuses, mais nous nous intéressons particulièrement au transport de marchandises , qui les soumet à des vibrations continues. En laboratoire, cette condition est simulée à l'aide d'instruments spécifiques.

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À quoi sert le test de choc mécanique (et de vibration) ?

Étant donné l'universalité du risque de choc, ainsi que la présence de vibrations au moins pendant le transport, aucun secteur industriel n'est véritablement épargné par les essais de chocs et de vibrations mécaniques.

Cependant, nous pouvons identifier trois secteurs particulièrement touchés :

• Militaire et aérospatial: Pour des raisons évidentes, les véhicules et équipements militaires et aérospatiaux doivent démontrer une grande résistance à différents types de chocs mécaniques et à des intensités de vibration très élevées.

• Automobile : Bien que moins intenses, les voitures sont soumises à des vibrations continues et, malheureusement, aussi à des chocs. Les essais de choc mécanique, tout comme les essais de vibration, sont parmi les plus importants dans l’industrie automobile.

• Industrie électronique : Pour diverses raisons, l’industrie électronique est également soumise à des tests de chocs et de vibrations mécaniques. L’enjeu n’est pas tant la fréquence ou l’intensité des vibrations et des chocs que la fragilité de ces dispositifs sophistiqués. 

Les spécifications relatives à la réalisation d'essais de chocs mécaniques et de vibrations dans chacun de ces domaines sont décrites dans un certain nombre de normes internationales , notamment : MIL-STD-750,  MIL-STD-883, ASTM D3332/D3332M, ISO 16750et AEC-Q100.

Chambres environnementales et essais de choc mécanique

Les essais mécaniques et les essais climatiques constituent les deux principales catégories d'essais de matériaux et de produits, mais ils sont loin d'être des compartiments étanches.

Dans le monde réel , que ces tests tentent de simuler le plus fidèlement possible, rien ne se passe dans le vide. C'est pourquoi de nombreux essais mécaniques précisent les températures auxquelles réaliser l'essai, ou plutôt, à lesquelles conditionner l'échantillon testé.

Cela est particulièrement vrai pour le dernier secteur que nous avons mentionné, à savoir les composants électroniques , qui sont particulièrement sensibles aux conditions environnementales dans lesquelles ils se trouvent, et les températures élevées et/ou l'humidité relative affectent considérablement la réaction de ces composants aux chocs et aux vibrations.

C’est pourquoi les chambres environnementales jouent un rôle dans diverses procédures où des plages de température et d’humidité relative pour le maintien de l’échantillon avant les tests.

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La chambre environnementale FDM pour les essais de choc mécanique

Les enceintes environnementales FDM sont idéales pour le conditionnement d'échantillons destinés aux essais de choc mécanique. Elles sont particulièrement adaptées à l'industrie électronique, où des températures extrêmes sont nécessaires pour vérifier le bon fonctionnement des circuits quelles que soient les conditions. 

De plus, nos techniciens sont toujours disponibles pour écouter les besoins du client afin de concevoir une chambre environnementale personnalisée qui réponde à ses exigences.

Pour toute question ou préoccupation supplémentaire, n'hésitez pas à nous contacter.

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Normes de référence

• IEC 60068-2-27 — Essai Ea : Choc
• CEI 60068-2-6 — Essai Fc : Vibration sinusoïdale
• CEI 60068-2-64 — Essai Fh : Vibrations aléatoires à large bande
• MIL-STD-810H Méthode 516.8 / 514.8 — Chocs/Vibrations pour les systèmes militaires
• ISO 16750-3 — Charges mécaniques (chocs et vibrations) automobiles
• ASTM D4169 — Essais de performance des conteneurs d'expédition (transport aux chocs et vibrations)
• RTCA DO-160G Section 7/8 — Sécurité opérationnelle / en cas de collision / Vibrations pour l'avionique

Sources faisant autorité

• IEC 60068-2-27 Choc.
• ASTM D4169.
• IEST Vibration et choc — Meilleures pratiques d'essais mécaniques.

Foire aux questions sur les essais de choc et de vibration

Quelle est la différence entre un choc mécanique et une vibration ?

Un choc mécanique est une impulsion brève et intense (généralement une vibration est une oscillation continue pendant plusieurs minutes/heures, avec un profil sinusoïdal (fréquence unique) ou aléatoire (DSP à large spectre)). Test standard : 10-2000 Hz avec une DSP de 0,04 g²/Hz (automobile). Ce test simule les transports, le fonctionnement des moteurs et les structures vibrantes.

Comment calcule-t-on la gravité d'un profil de vibration aléatoire ?

Avec la densité spectrale de puissance (DSP) en g²/Hz. L'accélération RMS globale est Grms = √(∫ DSP df). Profils typiques : Automobile ISO 16750 : 27,8 Grms (bande passante 10-2000 Hz), Avionique DO-160 Cat S : 7 Grms, Transport ASTM D4169 : 0,4-1,2 Grms. La durée du test est choisie pour accumuler des dommages de fatigue équivalents à la durée de vie réelle (par exemple, 3 h aléatoires = 10 ans de durée de vie selon la règle de Miner).

Puis-je combiner les chocs/vibrations avec la température ?

Oui, les chambres climatiques combinées (CET) intègrent un agitateur électrodynamique sur une plaque climatique. Plages typiques : température de -70 °C à +180 °C et vibrations jusqu’à 70 kN de poussée. Ces essais sont requis pour la qualification aérospatiale (RTCA DO-160G, section 8.6 : Vibrations aléatoires avec traitement thermique), automobile (batterie soumise à des cycles thermiques et à un profil de vibration) et défense (séquence combinée MIL-STD-810).

Quel est le rôle de la fixation dans les essais de choc/vibration ?

Le dispositif de fixation (support mécanique de l'échantillon sur la plaque vibrante) doit initialement entrer en résonance à une fréquence supérieure à deux fois la fréquence maximale d'essai afin d'éviter de fausser les résultats. Matériaux typiques : aluminium 7075 usiné, magnésium, titane haute fréquence. La conception requiert une analyse modale par éléments finis et une qualification à l'aide d'un vibromètre laser. Un dispositif de fixation inadéquat peut amplifier ou atténuer localement jusqu'à ±10 dB, rendant l'essai non reproductible et non conforme.