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RÉSUMÉ
En tant que solides élastiques, toutes les structures et installations industrielles sont sujettes à des vibrations, qu'il s'agisse de celles qu'elles génèrent (force interne oscillante émise par le balourd d’un arbre tournant, l’interaction de dents d’engrenage…) ou de celles qu'elles subissent de la part de leur environnement (force externe oscillante émise par un moteur voisin, l’attache d’une tuyauterie…). Cet article dresse une description qualitative des principaux phénomènes vibratoires, leur propagation et atténuation. Il s’intéresse ensuite aux désordres occasionnés, les effets peuvent dans certains cas être positifs Sont proposées également quelques notions d'acoustique permettant d’apporter réponse aux problèmes de gêne sonore induits par la vibration des structures industrielles.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
Bernard GARNIER : Ingénieur civil de l'École nationale des ponts et chaussées - Directeur technique opérations à la société THALES Underwater Systems
INTRODUCTION
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 présent article a pour but de donner une description qualitative des principaux phénomènes vibratoires. Le paragraphe 4 fournit quelques bases d'acoustique pour traiter les problèmes de gêne sonore induites par la vibration des structures industrielles.
Le second article [R 6 191] Vibrations des structures industrielles – Outils de modélisation, de prédiction et d'interprétation récapitule l'ensemble des moyens à disposition des ingénieurs pour intégrer dans tout type de projet la maîtrise des aspects vibratoires et acoustiques.
L'article [R 6 192] Vibrations des structures industrielles – Outils et méthodes d'analyse expérimentale donne une vue d'ensemble des approches expérimentales qui vont permettre de confirmer ces modélisations, conforter des diagnostics et valider les solutions proposées.
L'article [R 6 194] Vibrations des structures industrielles - Maîtrise des vibrations et du bruit induit - Exemples de cas industriels fournit finalement un certain nombre d'études de cas réels, qui illustre le bénéfice concret des techniques et démarches présentées dans ces divers articles.
Enfin, on se reportera à l'article [R 6 193] Capteurs industriels de vibrations pour connaître et choisir de manière opportune les capteurs de vibration les plus appropriés dans chaque contexte.
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1. Un peu de physique, et quelques définitions
1.1 Vibrations
On appelle « vibration » l'oscillation d'un milieu élastique autour de sa position d'équilibre, ce qui fait intervenir trois grandeurs fondamentales :
-
l'énergie cinétique du milieu mis en mouvement vibratoire ;
-
l'énergie de rappel qui résulte de l'élasticité du milieu distordu par la vibration ;
-
la fréquence des oscillations, qui est le nombre de cycles de déformation en une seconde, et dont l'unité est le Hertz, noté Hz. L'unité 1 Hz correspond à une vibration sinusoïdale de période égale à une seconde. Une vibration de 100 Hz correspond donc à une sinusoïde de période 0,01 seconde.
Les vibrations affectent donc tous les solides élastiques, les liquides et les gaz. Dans les gaz et les liquides, leur étude est l'objet de l'acoustique. (On notera que les vagues, marées ou tsunamis ne sont pas à proprement parler des vibrations, car la force de rappel est la pesanteur, et relèvent de la mécanique des fluides.) La moyenne dans le temps des vibrations est nulle, par opposition aux déformations permanentes (ou statiques).
Le présent article se restreint donc aux vibrations des solides.
La mise en vibration peut avoir diverses origines :
-
une force interne oscillante, par exemple le balourd d'un arbre tournant, la combustion des gaz dans un moteur thermique, ou la force d'interaction entre des dents d'engrenages ;
-
une force externe oscillante, issue par exemple d'un moteur voisin et transmis par l'attache d'une tuyauterie ou par le sol, ou des tourbillons du vent sur une cheminée, etc ;
-
un choc ou une variation soudaine d'un effort ou d'une position, voire un séisme ou une explosion.
1.2 Instabilité vibratoire
Il se peut que la force excitatrice soit susceptible d'augmenter du fait de l'entrée en vibration : c'est, par exemple, le cas d'un profilé placé dans un écoulement, dont la déformation vibratoire fait fluctuer la portance, qui amplifie la vibration cycle après cycle, éventuellement jusqu'à rupture : c'est une situation – heureusement rare – d'instabilité vibratoire, dont les pionniers de l'aviation ou les premiers constructeurs de ponts suspendus ont fait la douloureuse découverte. Le roulement...
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Un peu de physique, et quelques définitions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PIRANDA (J.) - Analyse modale expérimentale - [R 6 180]. Base Mesures mécaniques et dimensionnelles (2001).
-
(2) - MOREL (J.) - Surveillance vibratoire et maintenance prédictive - [R 6 100]. Base Mesures mécaniques et dimensionnelles (2002).
-
(3) - REIGNER (G.) - Rappel d'acoustique physique - [R 3 112]. Base Mesures mécaniques et dimensionnelles (2003).
-
(4) - AZAIS (C.), GUILHOT (J.-P.), JOSSERAND (P.) - Acoustique industrielle - [R 3 120]. Base Mesures mécaniques et dimensionnelles (1981).
ANNEXES
STRUCOME 88 - * - Congrès international, Paris, Hermès 2 vol. : vol. 1, p. 568, nov. 1988.
STRUCOME 88 - * - Congrès international, Paris, Hermès 2 vol. : vol. 1, p. 291, nov. 1988.
STRUCOME 88 - * - Congrès international, Paris, Hermès 2 vol. : vol. 2, p. 841, nov. 1988.
STRUCOME 88 - * - Congrès international, Paris, Hermès 2 vol. : vol. 2, p. 833, nov. 1988.
Mécanique, Matériaux, Électricité. - Journal du GAMI (Groupement pour l'avancement de la mécanique industrielle), ISMCM Saint-Ouen, no 415, p. 65.
Mécanique, Matériaux, Électricité. - Journal du GAMI, ISMCM Saint-Ouen, no 424, p. 7.
Mécanique, Matériaux, Électricité. - Journal du GAMI, ISMCM Saint-Ouen, no 424, p. 30.
DUVAL (P.) - Iceberg contre plate-forme offshore. - Le courrier du CNRS, no 71, p. 79, été 1988.
ROCARD (Y.) - L'instabilité en mécanique. - Masson (1954).
GOYDER (H.G.D.), WHITE (R.G.) - Vibrational power flow from machines into built-up structures. - Journal of Sound and Vibrations (JSV), 68(1) (1980).
LESUEUR (C.) et al - Rayonnement acoustique des structures. - Éditions Eyrolles, Collection DER-EDF (1988).
LYON...
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