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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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1. Sources mécaniques d’excitations permanentes
1.1 Système bielle-manivelle
La bielle exerce sur le maneton du vilebrequin un effort cyclique dont la composante tangentielle donne un couple C qui peut se décomposer en une composante C p due à l’action de la pression sur le piston et une composante C i due aux quantités d’accélération de la bielle et du piston. On a :
C = Cp + Ciavec :
- Cp :
- couple dû aux gaz
- Ci :
- couple dû aux inerties.
Pour une vitesse de rotation constante Ω du vilebrequin exprimée en radian par seconde, on peut calculer les périodes τ des deux composantes du couple total. On obtient :
-
pour le couple Cp , couple dû aux gaz,
avec :
- k = 1 :
- pour un moteur à deux temps ou un compresseur et k = 2 pour un moteur à quatre temps.
-
pour le couple C i , couple dû aux inerties,
1.1.1 Propriétés du couple Cp dû aux gaz
La décomposition en série de Fourier du couple C p s’écrit :
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