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ARTICLE TECHNIQUES DE L’INGÉNIEUR L’expertise technique et scientifique de réfé

ARTICLE TECHNIQUES DE L’INGÉNIEUR L’expertise technique et scientifique de référence Techniques de l'Ingénieur p2645 Spectrométrie de masse - Principe et appareillage Date de publication : 12/09/2014 Par : Cet article fait partie de la base documentaire : Mesures - Analyses Dans le pack : Mesures - Analyses et dans l’univers : Technolgies de l’information Document délivré le : 23/06/2014 Pour le compte : 7200100403 - techniques ingenieur // marie LESAVRE // 217.109.84.129 Pour toute question : Service Relation clientèle - Techniques de l’Ingénieur 249 rue de Crimée - 75019 - Paris par mail infos.clients@teching.com ou au téléphone 00 33 (0) 1 53 35 20 20 Copyright © 2014 | Techniques de l’Ingénieur | tous droits réservés Guy BOUCHOUX Professeur à l’université Paris XI (Orsay), École Polytechnique, DCMR, Palaiseau Michel SABLIER Chargé de recherches au CNRS, École Polytechnique, DCMR, Palaiseau Guy BOUCHOUX Professeur à l’université Paris XI (Orsay), École Polytechnique, DCMR, Palaiseau Michel SABLIER Chargé de recherches au CNRS, École Polytechnique, DCMR, Palaiseau Cet article peut être traduit dans la langue de votre choix. Accédez au service Traduction à la demande dans votre espace « Mon compte ». (Service sur devis) bm5120 Dynamique des rotors en torsion - Introduction 10/01/2000 Henri BLANC Ingénieur des arts et métiers, Docteur-ingénieur agrégé en mécanique, Professeur à l'ENSAM Bordeaux Mécanique des éléments tournants Fonctions et composants mécaniques Mécanique 28/12/2014 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Copyright © 2014 Techniques de l'Ingénieur Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur BM 5 120 − 1 Dynamique des rotors en torsion Introduction par Henri BLANC Ingénieur des arts et métiers Docteur-ingénieur agrégé en mécanique Professeur à l’ENSAM Bordeaux ntraînées par un groupe moteur, les lignes d’arbres transmettent une puis- sance vers les éléments récepteurs en adaptant en général la vitesse de rotation. Ce transfert d’énergie doit s’effectuer avec un minimum de perte en ligne, mais aussi avec une sécurité de fonctionnement et une durée de vie accep- tables. Les phénomènes dynamiques y jouent en général un rôle essentiel étant entendu que tout système réel déformable est susceptible de vibrer sous l’influence d’excitations périodiques ou, à cause de phénomènes d’inertie lors du passage d’un point de fonctionnement établi à un autre. Ce rôle a tendance à prendre de l’ampleur car, très souvent, dans les conceptions modernes, la néces- sité d’augmenter la puissance massique de l’installation, se traduit par une dimi- nution des masses mises en mouvement couplée à une augmentation des vitesses de rotation. 1. Différents régimes de travail des rotors .................................... BM 5 120 - 2 2. Étude des vibrations de torsion ................................................. — 2 2.1 Types d’analyse à déﬁnir ............................................................................ — 2 2.2 Amortisseurs de torsion ............................................................................. — 3 E Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 tiwekacontentpdf_bm5120 DYNAMIQUE DES ROTORS EN TORSION ____________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. BM 5 120 − 2 © Techniques de l’Ingénieur 1. Différents régimes de travail des rotors ■Les régimes transitoires qui correspondent à une variation au cours du temps des vitesses moyennes des rotors (accélération ou freinage de l’installation, prise de couple…) peuvent entraîner des ruptures brutales à cause d’instabilités induites, la plupart du temps, par un phé- nomène de résonance. Moins spectaculaire, une autre de leurs conséquences peut se traduire par des dépassements locaux des limites de contraintes admissibles, conduisant à une diminu- tion notable de la durée de vie de l’installation. ■Pour un régime permanent caractérisé par une vitesse moyenne constante pour chaque rotor composant l’installation (point de fonctionnement nominal), l’état de contrainte dans les arbres se décompose suivant une valeur moyenne constante – associée à la transmission du couple moyen – et un ensemble de composantes pulsées dont la variation périodique au cours du temps est directement liée à l’existence de vibrations axiales, transversales, ou de torsion. L ’analyse de ces contraintes en relation avec des critères de tenue à la fatigue permet d’estimer la durée de vie probable des installations. 2. Étude des vibrations de torsion L ’objet de cet article est l’étude des vibrations de torsion considérées isolément, c’est-à- dire en supposant qu’elles sont découplées vis-à-vis des vibrations axiales et transversales. Les objets industriels étudiés sont les rotors et leurs liaisons dites « rotor-rotor » ou «rotor-bâti » composant la transmission de puissance d’une installation industrielle. A partir d’une modélisation adaptée qui est décrite avec précision, on propose des analyses permettant d’éviter les situations potentiellement dangereuses qui sont usuellement posées par ce type de comportement dynamique. On décrit dans chaque cas les conditions d’appari- tion et les conséquences probables : par exemple, l’endommagement des engrenages ou des clavettes, le bruit induit dans la structure, la rupture par fatigue d’un rotor… Il sera alors possi- ble de dégager des critères qui seront applicables tant au niveau des choix technolo-giques pour la conception préliminaire ou détaillée, que du diagnostic et de la réparation d’une trans- mission de puissance endommagée par ce type de vibration. 2.1 Types d’analyse à déﬁnir On déﬁnit trois types d’analyse des vibrations de torsion des lignes d’arbres. ■Le premier étudie les vibrations libres et a pour objectif la détermination des premières pul- sations propres – les plus petites – et des déformées modales associées. A partir de l’interpré- tation de ces résultats obtenus pour des exemples choisis d’installations, des solutions technologiques pertinentes sont décrites aﬁn d’éviter les problèmes mis en évidence. Cette pre- mière analyse est le préalable incontournable à toute étude des vibrations de torsion et, dans certains cas, elle peut s’avérer sufﬁsante. ■Dans la négative, il est possible de la compléter par le deuxième type d’analyse qui est l’étude des vibrations de torsion permanentes qui sont forcées par des excitations périodiques données. Dans ce cas, on calcule des amplitudes de déplacements et de contraintes en certains points choisis de chaque rotor. Ces deux premières analyses supposent ensemble que les vibrations de torsion se concré- tisent par des petits mouvements autour d’une position d’équilibre stable où chaque rotor com- posant la ligne d’arbre possède une vitesse moyenne constante. Alors, le comportement des éléments de l’installation est linéarisable autour de ce point de fonctionnement étudié. ■Le troisième type d’analyse est beaucoup plus général et il permet l’étude de l’installation sur la totalité de sa plage de fonctionnement, pour des amplitudes de vibrations quelconques, le comportement pouvant être linéaire ou non. On peut analyser, dans ce contexte, les régimes transitoires qui peuvent représenter par exemple, un démarrage, un freinage, une prise de cou- ple. Il faut d’ores et déjà préciser que, eu égard à la complexité qu’elle entraîne, la nécessité de cette approche doit être justiﬁée avec rigueur. L ’expérience montre que la plupart du temps, l’utilité de cette modélisation est indiscutable lorsque l’effet d’une non-linéarité, par exemple la variation de la rigidité d’un accouplement en fonction du couple transmis, est prépondérant pour l’explication du comportement de l’installation. Cela impose donc d’identiﬁer avec pré- cision le phénomène non linéaire. Dans la mesure où le comportement global de l’installation peut être supposé linéaire, il est possible d’utiliser le modèle développé lors des deux premiè- Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 tiwekacontentpdf_bm5120 ____________________________________________________________________________________________________ DYNAMIQUE DES ROTORS EN TORSION Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur BM 5 120 − 3 res analyses. Dans ce cas, il existe d’autre approches comme le calcul de la réponse par super- position modale qui, en proﬁtant du caractère linéaire du problème, est plus efﬁcace. 2.2 Amortisseurs de torsion Sous l’inﬂuence d’un contexte extérieur défavorable et quand toutes les tentatives d’adapta- tion de la ligne d’arbres ont été vaines – in ﬁne, le calcul prévoit un niveau de contrainte trop élevé dans les arbres ou le bruit rayonné est trop important –, le concepteur peut choisir d’adjoindre à l’installation un ou plusieurs amortisseurs de torsion. Ces éléments ont pour rôle, soit d’augmenter artiﬁciellement la dissipation de l’énergie vibratoire, soit de la dériver vers la mise en mouvement d’une pièce auxiliaire. On présente des méthodes permettant de dimensionner de tels amortisseurs. Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 Ce document a été délivré pour le compte de 7200092269 - cerist // 193.194.76.5 tiwekacontentpdf_bm5120 Sciences fondamentales Génie industriel Procédés Chimie-Agro-Bio Mesures - Analyse Matériaux Mécanique Énergies Plus de 8000 articles scientifiques et techniques en français et les services associés pour aller plus loin dans vos recherches documentaires et bibliographiques. Techniques de l’ingénieur est la base de référence uploads/Ingenierie_Lourd/ dynamique-des-rotors-en-torsion-introduction.pdf