Qu'est-ce qu'une vibration aléatoire?
Une vibration aléatoire est une vibration qui ne suit pas un modèle. Il est présent dans une certaine mesure dans une grande variété de systèmes mécaniques et électriques. Bien que les vibrations aléatoires ne puissent pas être prédites avec précision, les statistiques peuvent générer des informations utiles pour les environnements de vibration. Les voitures sur l'autoroute et le lancement de roquettes sont deux situations pouvant faire face à d'intenses vibrations aléatoires. Les ingénieurs utilisent des données statistiques pour simuler cette vibration en laboratoire.
Certaines probabilités de comportement de vibration aléatoire peuvent souvent être prédites. Par exemple, si une voiture sur l'autoroute vibre de manière aléatoire dans le sens vertical, ses positions futures au-dessus du sol ne peuvent pas être connues avec précision. La probabilité que la voiture dépasse une certaine hauteur peut toutefois être prédite. Cela est possible car le comportement aléatoire suit une distribution normale ou «courbe en cloche». Le comportement d'un tel système peut être analysé avec les outils de la statistique.
L'analyse statistique peut donner des informations telles que la valeur moyenne de nombreuses mesures. Dans l'exemple de la voiture, la hauteur moyenne au sol peut être d'environ 1 pied (30,5 cm). Dans un échantillon suffisamment grand de mesures, les statistiques peuvent également donner des écarts-types. Un écart-type est la distance entre la valeur moyenne et 68,2% de tous les points de données. Pour l’essai de vibration de la voiture, 68,2% des mesures de hauteur peuvent se situer à moins de 2,54 cm (1 pouce) de la hauteur moyenne.
Lorsque l'écart-type des données de test a été calculé, les ingénieurs peuvent l'utiliser pour concevoir des produits. Les conditions de vibration aléatoires sur de nombreuses autoroutes sont similaires, de sorte que les données statistiques sont relativement fiables. Les ingénieurs utilisent ces données pour reproduire les conditions de vibration dans un laboratoire, où il est plus facile de réaliser des tests sur différentes conceptions de produit.
Une autre situation qui fait l'expérience de vibrations aléatoires est le lancement d'une fusée. Les charges utiles de la fusée ressentent un pic de vibration lorsque le moteur s'allume. Quelques secondes plus tard, les vibrations proviennent principalement de la combustion du moteur. Une fois que la fusée a dépassé la vitesse du son, les vibrations sont principalement dues aux ondes de choc et aux effets aérodynamiques sur le véhicule. Plus tard, certaines vibrations peuvent être causées par des propulseurs plus petits qui corrigent l'orientation de la fusée.
Comme avec la voiture, les fusées et leurs charges utiles doivent être conçus pour résister aux vibrations aléatoires. Les ingénieurs ont besoin de connaître les données statistiques relatives aux vibrations pour pouvoir reproduire ces conditions en laboratoire. Il serait peu pratique de lancer une fusée d’essai chaque fois qu’une nouvelle conception de la charge utile doit être testée. Les ingénieurs mettent plutôt des capteurs sur les fusées lancées, puis utilisent ces données ultérieurement.