Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Toute fluctuation de charge, de débit, de vitesse, toute irrégularité de mouvement des pièces d'une installation peut constituer une source d'excitation vibratoire de la structure. Ces perturbations sont susceptibles d'avoir des conséquences plus ou moins importantes sur la sûreté de fonctionnement du bâti, sa tranquillité de marche, sa durée de vie. Dans le cas de constructions industrielles, cela peut également troubler la régularité de la production ainsi que la santé des opérateurs concernés. Pour maîtriser réellement ces vibrations, qu'elles interviennent depuis la phase de projet jusqu'à l'exploitation de la structure, il est nécessaire de connaître les paramètres à prendre en compte ainsi que les modèles de représentation. Ainsi, il est possible d'effectuer des actions correctives soit pour supprimer des vibrations non souhaitées, soit pour remédier à la dégradation de la structure. Cet article présente les techniques à appliquer, ainsi que des cas pratiques pour comprendre les méthodes en situation réelle.
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Any fluctuation of load and speed, any irregularity in the movement of the parts of a structure can be a source of vibrational excitation. These disturbances can have a more or less important impact on the operational safety and smoothness of the structure and on its lifetime. In the case of industrial structures, it can also disturb the regularity of the production and the health of the concerned operators. In order to control these vibrations from the project phase to the exploitation of the structure, the parameters to be take into account and representation models must be known. Corrective actions can then be carried out in order to suppress undesired vibrations or remedy the degradation of the structure. The techniques to be applied and case studies in order to understand the methods in real situations are presented.
Auteur(s)
-
Bernard GARNIER : Ingénieur civil de l'École nationale des ponts et chaussées - Consultant, BlueSolutions
INTRODUCTION
Le présent article présente des stratégies de maîtrise des vibrations, à différentes étapes du développement et de la vie d'une installation ou d'un produit industriel. Cinq qualités, techniques et humaines, peuvent être affectées en cas de problème de vibrations dans un contexte industriel ; ce sont :
-
la sûreté ou au moins la sécurité de fonctionnement ;
-
la tranquillité de marche ;
-
la régularité de la production ;
-
la durée de vie de la structure et de ses composants ;
-
l'endurance et la santé des opérateurs au poste de travail.
Ces qualités, qui doivent pouvoir être quantifiées, sont à prendre en compte dès le projet, lors de la mise au point et durant l'exploitation de la structure, jusqu'à sa révision ou sa mise en réforme. Du bilan complet de fonctionnement d'une structure, il est possible d'estimer la part technique et le coût correspondant imputable aux effets vibratoires indésirables.
Des exemples d'interventions concrètes pour maîtriser les vibrations sont présentés aux paragraphes 3 à 5. Ils pourraient être beaucoup plus nombreux, car les vibrations sont omniprésentes. En effet, toute fluctuation de charge, de débit, de vitesse, toute irrégularité de mouvement des pièces d'une installation constituent une source d'excitation vibratoire des structures avoisinantes, d'autant plus riche et intense que cette fluctuation est rapide. Des chocs brefs peuvent, eux, exciter toutes les fréquences propres d'une structure.
Les réponses structurales, utiles à connaître, dépendent de la situation des fréquences propres dans le spectre, mais :
-
d'une part, les paramètres descriptifs d'une structure ne sont pas toujours faciles à dénombrer : évalués par excès, ils font état de modes physiquement inexistants ; évalués par défaut, ils omettent l'existence de modes moins manifestes relatifs à des paramètres cachés ;
-
d'autre part, le modèle représentatif, faisant presque toujours l'hypothèse d'une structure linéaire, reste d'une fidélité incertaine, à déterminer, cas par cas, dans le cas de non-linéarités, faibles ou fortes, mais souvent présentes.
De telles difficultés rencontrées en pratique sont décrites ici, ainsi que les solutions mises en œuvre.
Le présent texte fait suite aux articles :
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Étude de cas 1 : suppression des vibrations indésirables lors de la mise au point d’une machine de série2. Diffusion des techniques d’analyse
Les principaux concepts de l’analyse vibratoire sont formulés depuis plusieurs générations. Mais la maîtrise des aspects vibratoires ne connaît son développement actuel que grâce à la diffusion concomitante :
-
de logiciels d’analyse par éléments finis bon marché et ne demandant plus une spécialisation particulière pour leur mise en œuvre ;
-
d’analyseurs de signaux dynamiques par transformée de Fourier rapide (FFT – Fast Fourier Transform), également de plus en plus économiques et simples d’emploi.
L’avènement d’une révolution technologique similaire dans le domaine des capteurs, grâce aux technologies du silicium en couche mince, contribue à accélérer encore ce mouvement de diffusion.
Les enjeux sont considérables, puisque cette maîtrise des aspects vibratoires et acoustiques est à la fois la clé :
-
de l’allègement des structures et des machines, visant à l’économie des matières premières et de l’énergie ;
-
de la durabilité opérationnelle effective de ces mêmes équipements, dans un souci de rendement accru ;
-
de la satisfaction de la demande de plus en plus impérieuse de confort vibratoire et acoustique, dans les sites de production, les moyens de transport, l’habitat.
Comme d’autres évolutions technologiques, la maîtrise des vibrations est d’abord passée par la demande des constructeurs aéronautiques et d’engins spatiaux, et l’enjeu des systèmes d’armes les plus évolués, tels les sous-marins des forces stratégiques. Ce sont ces secteurs qui ont motivé et soutenu financièrement le développement de la plupart des outils et méthodes tels que ceux développés dans l’article Vibrations des structures industrielles. Outils de modélisation, de prédiction et d’interprétation [R 6 191] et continuent d’inciter à des développements nouveaux et complémentaires. Le relais a été ensuite...
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Diffusion des techniques d’analyse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOISSEAU (J.F.) - Amortisseur de vibrations réglable - Rech. Aérosp. n° 2 (mars-avril 1970).
-
(2) - DUPERRAY (B.) - Contrôles passifs et actifs de la vibration des structures mécaniques - Entretiens Science et Défense 90, tome I, p. 422, DGA, Dunod (1990).
-
(3) - MARCELIN (J.) - Optimisation des vibrations des structures mécaniques - Cépadues (2003).
-
(4) - MALBURET (F.), KRYSINSKI (T.) - Contrôle des vibrations mécaniques - Hermès Lavoisier (2003).
-
(5) - MOREL (J.) - Vibrations des machines et diagnostic de leur état mécanique - Eyrolles (1991).
-
(6) - VENIZELOS (G.) - Vibrations des structures - Ellipses (2002).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Isolation antivibratoire et antichoc – Définitions. Principes physiques
-
Vibrations des structures industrielles – Notions de physique des vibrations
-
Vibrations des structures industrielles – Outils de modélisation, de prédiction et d'interprétation
-
Vibrations des structures industrielles – Outils et méthodes d'analyse expérimentale
ANNEXES
Publications de l'ONERA (Office national d'études et de recherche aérospatiales) sur le site de l'ONERA http://www.onera.fr/synindex/controle-des-vibrations.html
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