ANALYSE MODALE DE L'ADAPTATEUR CHARGE UTILE DE ARIANE 5
ANALYSE MODALE DE L'ADAPTATEUR
CHARGE UTILE DE ARIANE 5
TP vert - zéro papier!
Présentation
Le
lanceur Ariane 5
est capable de mettre sur orbite deux satellites par vol.
Les satellites sont situés sous la coiffe et sont positionnés l'un sur l'autre.
Chaque satellite est fixé sur un support, l'adaptateur charge utile (ACU, Upper adapter et Lower adapter).
Le satellite supérieur est fixé par dessus le satellite inférieur à l'aide d'une structure appelée Silda.
La coiffe est larguée dès que le lanceur quitte l'atmosphère.
Lors de la dernière phase du vol, la séparation de l'ensemble ACU-satellite se fait par découpe grâce à un cordon pyrotechnique.
Les différentes phases du vol provoquent un certain nombre de vibrations transmises aux satellites.
La première cause de vibration est le bruit des moteurs et propulseurs, propagés vers les satellites par la structure
et par l'air tant que le lanceur est dans l'atmosphère.
La deuxième cause est les ondes de chocs induites par les séparations des différents étages du lanceur.
Le but est de protéger au maximum les satellites des agressions vibratoires.
Des matériaux amortissants sont utilisés.
Les simulations numériques permettent de tester différentes configurations.
On s'intéresse ici à l'étude du comportement vibratoire de l'ACU en effectuant une analyse modale.
L'étude finale, non réalisée ici, est un calcul transitoire de dynamique rapide de propagation d'ondes
avec dimensionnement et positionnement des matériaux amortissants.
De plus, la base modale ainsi calculée peut permettre de faire le calcul temporel sur une base réduite de modes:
cela nécessite alors moins de temps de calcul tout en gardant l'essentiel de la réponse mécanique de la structure.
Le
document technique d'Ariane 5
donne des informations sur le déroulement d'un vol et sur les caractéristiques des différents ACU disponibles
permettant au fabricant de satellite de concevoir la liaison satellite-ACU.
L'ACU étudié ici est le PAS 1666MVS (page 247 du manuel).
La cote 1666 est le diamètre (en mm) de raccordement avec le satellite qui dépend de l'ACU, le diamètre inférieur
est quand à lui le même pour tous les ACU de 2594 mm.
L'ACU est lié au lanceur via le Silda (page 87 du manuel) pour le satellite supérieur et via un cône (page 205 du manuel) pour le satellite inférieur.
On étudie dans cette séance l'ensemble ACU-cône.
On utilise des éléments finis surfacique de coques.
La géométrie, le maillage et la préparation du jeu données sont effectués avec Patran.
L'analyse modale est faite avec Nastran.
Enfin, l'exploitation des résultats est réalisée avec Patran.
Création de la géométrie
Lancer Patran par un double clic sur
File/new : entrer le nom de fichier acu.db
Tous les fichiers sont sauvegardés dans le répertoire C:\WINDOWS\Temp
La fenêtre de droite permet de choisir différents paramètres du calcul: laisser par défaut et cliquer sur ok
La barre des tâches permet d'effectuer dans l'ordre les opérations suivantes:
géométrie, maillage, conditions aux limites, matériaux, propriétés, puis calculs et exploitations des résultats.
Choisir geometry dans ce menu:
Choisir la vue dans le plan (x,z) dans le menu des vues:
Par défaut, il est proposé de créer des points
Créer successivement les points suivants:
Coordonnées des points (en m)
x
y
z
1
1.968
0.0
-0.783
2
1.953
0.0
-0.783
3
1.297
0.0
0.0
4
1.312
0.0
0.0
5
0.890
0.0
0.436
6
0.8165
0.0
0.886
7
0.791
0.0
0.886
8
0.833
0.0
0.886
Ces points correspondent pour la partie supérieure (z>0) à l'ACU:
et au cône pour la partie inférieure (z<0):
Une fois les points crées, cliquer sur afin d'ajuster la vue.
Les points apparaissent en bleu clair.
Cliquer sur puis sur le point dans la barre des labels
afin d'avoir les numéros des points à l'écran:
Choisir Create/Curves dans le menu de droite en gardant method:points / option:2 points
Sélectionner les points pour créer les droites suivantes:
Liste des droites
point 1
point 2
1
1
2
2
2
3
3
3
4
4
3
5
5
5
6
6
6
7
7
6
8
Cliquer sur le bouton curve de la barre des labels et décocher le bouton point
afin d'afficher les numéros des droites:
Choisir Create/Surface/Revolve dans le menu de droite.
Préciser l'angle de 360 pour faire un tour complet:
Sélectionner à l'écran toutes les droites en maintenant le bouton de gauche de la souris enfoncé.
Cliquer sur la vue en perspective avec z
vers le haut
puis sur :
Sauver le fichier en cliquant sur
Télécharger le
compte rendu
(format word)
à compléter par la suite.
Sauver le en mettant vos noms dans le nom du fichier.
Création du maillage
Choisir Elements dans la barre suivante:
Choisir Create/Mesh/Surface dans le menu de droite
Décocher Automatic Calculation et entrer la valeur de 0.1:
ceci correspond à la taille des éléments (en m).
Sélectionner toutes les surfaces, puis cliquer sur Apply, le maillage est crée
Chaque surface étant maillée indépendamment, il y a des nœuds double à chaque jonction de surface.
Choisir Equivalence dans le menu de droite, puis cliquer sur Apply
Les nœuds doubles sont éliminés, ils apparaissent en rouge:
Sauver le fichier en cliquant sur
Création des matériaux
Choisir Materials dans la barre suivante:
Cliquer sur les boutons pour nettoyer le graphique
Entrer le nom aluminium puis cliquer sur Input Properties.
Entrer les caractéristiques de l'aluminium utilisé ici:
Aluminium
Module d'Young
70 000 MPa
Coefficient de Poisson
0,3
Masse volumique
2 800 kg/m3
Valider avec OK puis Apply
Créer un deuxième matériau de nom composite ayant les caractéristiques suivantes:
Composite
Module d'Young
350 000 MPa
Coefficient de Poisson
0,28
Masse volumique
1 590 kg/m3
Sauver le fichier en cliquant sur
Création des propriétés des éléments
Choisir Properties dans la barre suivante:
Sélectionner Create/2D/Shell, entrer le nom partie_aluminium puis cliquer sur Input Properties
Cliquer dans la nouvelle fenêtre sur et choisir aluminium
Entrer la valeur de l'épaisseur de 6 mm
Valider avec OK
Cliquer sur Select Application Region puis sélectionner à la souris les surfaces correspondantes
à l'aluminium et ayant une épaisseur de 6 mm:
partie supérieure de l'ACU
toutes les collerettes "horizontales"
Sélectionner les surfaces une à une en cliquant sur Add
Valider avec OK
Ne pas oublier de valider l'ensemble avec Apply
Recommencer les opérations précédentes pour les parties en composite (épaisseur de 6mm) avec le nom partie_composite
partie inférieure de l'ACU
partie "inclinée" du cône
Sauver le fichier en cliquant sur
Lancement du calcul
Choisir Analysis dans la barre suivante:
Cliquer sur Solution type et choisir Normal Modes
Valider avec OK
Cliquer sur Subcases
Double cliquer sur Default dans la partie du haut de la nouvelle fenêtre
Cliquer sur Subcases Parameters et entrer la valeur de 30 dans Number of desired Roots:
ceci correspond aux nombre de modes propres calculés
Valider avec OK puis Apply
Lancer le calcul Nastran en valider Apply
La fenêtre Nastran s'affiche pendant le calcul
Une fois le calcul terminé, Nastran écrit des informations sur le calcul
dans le fichier acu.log situé dans le répertoire C:\WINDOWS\Temp.
Ouvrir ce fichier avec Analysis/Monitor
et noter dans le compte rendu le temps de calcul inscrit à la fin: Real: 19.729 seconds
Le fichier de données écrit par Patran au format Nastran est aussi dans C:\WINDOWS\Temp, il s'appelle acu.bdf.
Ouvrir ce fichier avec Notepad++: noter le nombre de nœuds et le nombre d'éléments
Exploitation des résultats
Choisir Analysis dans la barre suivante:
Sélectionner Access Results/Attach XDB/Select Results File: choisir acu.xdb,
puis valider avec OK et Apply
Choisir Results dans la barre suivante:
Sélectionner le mode désiré, puis Eigenvectors, Translational; valider avec Apply
La déformée du mode s'affiche dans la fenêtre graphique
Pour obtenir de meilleures images:
menu Display/Plot Erase: choisir erase en face de geometry, puis Ok