Optimisation des procédures de tests pour simulation de transport des systèmes d'emballage, à partir de l'analyse statistique et fréquentielle du signal vibratoire excitateur

Development of specific procedures for testing dynamic packaging systems, from data acquisition and in-situ modeling of the dynamic behavior of these systems

• Auteur / Autrice : Suzan Otari
• Direction : Damien Erre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 13/12/2011
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne ; 2000-2011)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transport de marchandises

Vibrations

Mots clés libres

Emballage

Test dynamique

PSD

Transport routier

Résumé

Parmi les tests utilisés dans un plan de qualification destiné à qualifier un emballage ou un système d’emballage pour résister pendant le transport, l’essai en vibrations aléatoires est un moyen efficace pour reproduire les effets mécaniques vibratoires dus au transport. La méthode habituelle s’intéresse uniquement à la répartition fréquentielle du signal en utilisant la densité spectrale de puissance (PSD) et la répartition statistique des niveaux du signal est complètement négligée.Dans ce travail nous avons proposé une loi de distribution de ces niveaux d’accélération qui identifie et caractérise statistiquement le signal vibratoire. L’enregistrement en continu du signal d’accélération tout au long d’un trajet a permis de montrer que cette distribution statistique n’est pas une gaussienne mais une gaussienne modifiée dont les paramètres sont estimés et discutés. Par suite, il est possible de caractériser la sévérité d’un trajet par une comparaison avec la distribution gaussienne qui a la même valeur efficace. Ce modèle retenu nous permet de le comparer aux autres signaux actuellement utilisés pour simuler de tels trajets. L’objectif étant à terme de proposer une méthode alternative de pilotage sur certains systèmes de vibrations (chapitre VI).En générale on utilise un enregistrement partiel du signal vibratoire afin de simuler ses effets mécanique en laboratoire de test sans connaître les conséquences d’un tel mode d’enregistrement sur les caractéristiques du signal étudié. Au cours de ce travail (chapitre 3 et 4) l’effet d’enregistrement partiel du signal est étudié sur les caractéristiques statistiques et fréquentielles de celui-ci. Nous avons montré que lors d’un trajet routier en France 10% du temps total du trajet est représentatif de sa totalité. Si l’enregistrement est effectué avec des taux inférieurs à 10%, nous somme capables d’estimer l’erreur introduite sur la distribution des valeurs du signal et aussi sur le niveau de le PSD. Ainsi cette erreur peut être corrigée au moment de la simulation en laboratoire.Enfin nous avons proposé une méthode alternative pour simuler le signal non-stationnaire et non-gaussien par un système de vibration habituellement utilisé pour cet effet qui consiste à une séquence des signaux gaussiens. Cette méthode a été proposée en vu des moyens et matériels que dispose la société Metropack et leur permet de simuler des effets vibratoires à la façon la plus proche de la réalité du transport.

Several tests are used to qualify a packaging or a packaging system aimed for transportation. This is called qualification plan. Random vibration tests are an efficient way to simulate the mechanical vibratory effects caused by transportation. The usual method is only concerned with the frequency distribution pattern of the signal using the average power spectral density (PSD) but statistical distribution of levels is totally ignored.In this work we have proposed a statistical model based on analyse of instantaneous acceleration levels of road transport, which identify and characterise the vibration signal. Continuous recording of acceleration signal all along the journey permits confirmation that this statistical distribution is not a Gaussian distribution but a modified Gaussian distribution, for which parameters are estimated and discussed. Therefore, it is possible to evaluate the transport severity by working out the appearance probability of acceleration levels greater than a fixed threshold and also the difference between the experimental distribution and the Gaussian distribution with the same rms value. This model is used to correcting the way of simulation in a test laboratory (chapter 5).Usually to recreate the mechanical effects of a vibration signal in the test laboratory, we use a partial recording of this signal without any adequate attention on effects of the recording parameters on characteristics of signal recorded in this way. In this work (chapter 3 and 4), the effects of partial recording is studied on statistical and frequency characteristics of acceleration signal. We have shown that for a road transport in France only 10% of the total duration of a journey must be taken to represent the whole journey. If the recording is performed with rates below 10%, we are able to estimate the error introduced on the distribution of signal and also on the level of the PSD. So this error can be corrected when the journey is simulated in laboratory.Finally we have proposed an alternative method for simulating the non-stationary and non-Gaussian signal with a typically used vibration system for this purpose which consists of a sequence of Gaussian signals. This method was proposed considering the means and materials available at company (Metropack) and enables them to simulate vibration effects in the most realistic way.