Vibrations des structures industrielles

1. Généralités

1.1 Secteurs concernés

1.2 Rôles et conséquences des vibrations structurales

1.2.1 Définitions

1.2.2 Normes sur les vibrations et les chocs

1.2.3 Effets négatifs des vibrations

1.2.4 Aspects positifs des vibrations structurales

2. Les outils de l’ingénieur et leur mise en œuvre

2.1 Représentation des phénomènes vibratoires

2.1.1 Impédance dynamique et fonctions de transfert

2.1.2 Schématisations masses-ressorts

2.1.3 Calculs en éléments finis

2.1.4 Maquettages et lois de similitude

2.1.5 Méthodes énergétiques

2.1.6 Rayonnement acoustique des structures

2.2 Approche expérimentale

2.2.1 Accès aux vibrations des structures

2.2.2 Essais structuraux sous excitation artificielle

2.2.3 Post-traitement et obtention des résultats

3. La maîtrise des vibrations et des bruits induits. Exemples de cas industriels

3.1 Actions correctives

3.2 Diffusion des techniques d’analyse

3.3 Première étude de cas : suppression des vibrations indésirables lors de la mise au point d’une machine de série

3.4 Deuxième étude de cas : remède à la dégradation structurale causée par les vibrations d’une installation industrielle

3.5 Troisième étude de cas : amélioration d’un découplage antivibratile

4. Conclusion

Pour en savoir plus

Toutes les structures et installations industrielles sont sujettes à des vibrations, qu’il s’agisse de celles qu’elles génèrent ou de celles qu’elles subissent de la part de leur environnement.

Le paragraphe 1 présente, outre une description qualitative des principaux phénomènes vibratoires, un panorama des normes concernant les vibrations et les chocs.

Le paragraphe 2 expose un certain nombre de représentations des phénomènes vibratoires (§ 2.1), aidant à interpréter les observations, souvent fort complexes, de l’état vibratoire d’une structure industrielle, à prédire le cas échéant l’effet de modifications, et à guider ainsi le concepteur, l’installateur et l’exploitant. Il présente ensuite (§ 2.2) les moyens de mesure et d’essai offerts par le marché, et quelques critères de choix.

Le paragraphe 3 présente des stratégies de maîtrise des vibrations et du bruit induit, à différentes étapes du développement et de la vie d’une installation ou d’un produit industriel. Cinq qualités, techniques et humaines, sont menacées par les vibrations des structures ; ce sont :

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’intervention des vibrations sont présentés au paragraphe 3. 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.

En termes de traitement du signal, le spectre vibratoire XXX correspond à la transformée de Fourier de la fluctuation temporelle F(t) relative au système :

XXX

La transformée de Fourier d’une impulsion infiniment brève (Dirac) contient en égale proportion toutes les fréquences f du spectre : des chocs brefs peuvent donc exciter toutes les fréquences propres d’une structure.

Les réponses structurales, utiles à connaître, dépendent de la situation des fréquences dans ce spectre, mais :

De telles difficultés rencontrées en pratique sont rappelées au paragraphe 3, ainsi que les solutions mises en œuvre.