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Henri BLANC : Ingénieur des arts et métiers - Docteur-ingénieur agrégé en mécanique - Professeur à l’ENSAM Bordeaux
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est bon de rappeler l’évidence suivant laquelle, si un système réel vibre de manière permanente, c’est qu’il est excité. Nous nous intéressons dans ce paragraphe, aux excitations permanentes dont la variation au cours du temps est périodique. Par rapport à la partie de l’installation modélisée, ces excitations sont extérieures et, elles doivent apporter de manière périodique une quantité d’énergie mécanique qui sera, dans le même temps, transformée en chaleur par les phénomènes dissipatifs. Ces derniers sont toujours présents dans la réalité, aussi faibles soient-ils. Si le type choisi d’analyse conduit à utiliser un modèle linéaire, il est important de décomposer l’excitation réelle en série de Fourier. Le caractère linéaire du modèle nous permettra, en utilisant le principe de superposition, de reconstruire la réponse globale en vibration, à partir des réponses obtenues pour chaque harmonique de l’excitation.
Pour un modèle linéaire, toute excitation peut donc être représentée par une somme d’excitations sinusoïdales élémentaires ou harmoniques. Chacune d’elle, notée F q est définie par sa pulsation Ω q , son amplitude C q et, sa phase Φ q mesurée par rapport à une origine des temps donnée.
Elle s’écrit sous la forme :
avec :
- Ω q :
- = qΩ
- Ω :
- (rad/s) vitesse de rotation du rotor
- q :
- ordre de l’harmonique.
Parmi ces trois caractéristiques, la pulsation est de loin la plus importante dans la pratique. Il est assez facile de l’identifier et, sa valeur sera définie dans chaque cas abordé. Par contre, la détermination des amplitudes et phases des excitations est en général un travail complexe qui peut demander une modélisation propre à chaque cas rencontré et dont les résultats demandent aussi à être confirmés par l’expérience.
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2. Sources hydrauliques d’excitations permanentes
De manière générale, il s’agit de quantifier, en terme de couple appliqué sur le rotor, les variations cycliques de pression et des vitesses sur les surfaces de contact entre la pièce mécanique concernée (pales d’hélices, ailettes ou aubes des roues de turbo machines…) et le fluide environnant.
parmi les facteurs principaux à l’origine d’excitation en torsion des hélices de bateaux, nous retiendrons :
-
le mouvement de la mer et celui du bateau ;
-
un défaut ponctuel affectant une pale ;
-
la proximité du carénage.
La pulsation fondamentale (en radian par seconde) du couple excitateur généré est :
avec :
- Nh (tr/min) :
- vitesse de rotation de l’hélice ou la roue
- p :
- nombre de pales de l’hélice (bateau ou avion) ou nombre d’aubes, de pales ou d’ailettes (roues de turbo-machines).
D’une façon plus générale, les efforts périodiques appliqués auront des harmoniques de pulsations tels que :
avec j = 1, 2,…
Par contre, il est difficile de préciser de manière générique, la valeur de l’amplitude de ce type d’excitation.
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