SYS845 Vibrations avancées : théorie et pratique
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- Sylvie Bourget
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1 Département de génie mécanique Programme de 2 e cycle Enseignants Groupe 01 : Marc Thomas Chargés de Béchir Badri laboratoire Vu Viet Hung Préalable : Avoir suivi un cours de vibration PLAN DE COURS ÉTÉ 2012 SYS845 1 OBJECTIFS SPÉCIFIQUES Ce cours vise à développer des aptitudes chez l étudiant en analyse des vibrations de machines, techniques de mesure des vibrations de machines et en analyse modale de structures. À la fin du cours, l étudiant devrait pouvoir maîtriser : les techniques d acquisition de données; les techniques de diagnostic des défauts de machines par surveillance vibratoire; les techniques d analyse modale expérimentale, numérique et théorique. 2 STRATÉGIES PÉDAGOGIQUES 3 h 00 de cours par semaine; 5 laboratoires en équipes permettant à l'étudiant d appliquer ses connaissances; 1 projet individuel; 1 examen mi-session; 1 examen final. Page 1 sur 6 Plan de cours Été 2012 SYS845
2 3 CONTENU DU COURS Période Activités 1 Vibration des systèmes discrets à 1 degré de liberté Équations du mouvement. Fréquences naturelles. Amortissement. Vibrations libres non amorties et amorties. Simulations numériques (Matlab et Simulink). Réponse à un mouvement harmonique. Amplification. Transmissibilité. Réponses impulsionnelles. Réponse à une excitation arbitraire. 2 Vibration des systèmes discrets à plusieurs degrés de liberté Équations du mouvement et formulation d état. Résonances et modes. Analyse modale. Réponse libre et forcée. Applications de Simulink. 3 Vibration des systèmes continus Vibration des cordes, tiges et poutres. Modes et fréquences naturelles. Vibration des membranes et plaques. 4 Méthode des éléments finis Principe des travaux virtuels. Coordonnées généralisées. Éléments de barres. Éléments de poutres. Matrices de masse et de rigidité. Assemblage de systèmes complexes. Conditions aux limites. Réduction de modèles. 5 Traitement du signal Signal temporel : niveau crête, niveau efficace, facteur de crête, Kurtosis. Signal fréquentiel : Décomposition en série de Fourier, Calcul numérique des coefficients de Fourier, Transformée de Fourier, Échantillonnage des signaux, Phénomène de recouvrement, Théorème de Shannon, Principe d incertitude de Heisenberg, Transformée discrète de Fourier, Vibration harmonique, Battement, Vibration aléatoire, Force d impact, Choc répétitif, Effet du fenêtrage, Logiciel d analyse spectrale. 6 Mesure des vibrations et analyse modale expérimentale Décrément logarithmique. Analyse modale des structures. Extraction des paramètres modaux, résonances, amortissements. Mesure des modes. 7 Révision 8 Analyse modale expérimentale avancée Formulation d états, modèle structural, appropriation modale, ARMA. 9 et 10 Détection des défaillances de machines par surveillance vibratoire Analyse spectrale des défauts de mécanismes. Suivi des vibrations. Type de descripteur des vibrations, mouvement vibratoire harmonique, déplacement, vitesse et accélération. Unités de vibration. Analyse fréquentielle en bande étroite. Analyse fréquentielle en 1/3 d octave. Analyse fréquentielle en bande d octave. Analyse dans le domaine temporel, amplitude crête, amplitude efficace et décibel. Kurtosis, facteur de crête. Vibrations typiques de machines, Vibrations de balourd, lignage. Vibrations de roulements, engrenages. 11 Traitement avancé du signal Analyse Cepstrale, analyse d enveloppe. Modulation d amplitude harmonique. Modulation harmonique de phase. Modulation harmonique d amplitude et de phase. Démodulation par Transformée de Hilbert, analyse temps-fréquence, STFT et ondelettes. 12 Révision 13 Présentation orales des projets Page 2 sur 6 Plan de cours Été 2012 SYS845
3 4 ÉVALUATION Activités Descriptions % Laboratoire 5 laboratoires (5 % chacun) 25 Projet libre 25 Intra 1 Examen portant sur les 6 premières leçons : 6 juin 25 Final Examen portant sur les dernières leçons : 17 juillet 25 ABSENCE À UN EXAMEN. Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l étudiant devra justifier son absence auprès de la Coordonnatrice - Affaires départementales (Génie mécanique) pour un examen durant le trimestre et auprès du Directeur du Bureau des services académiques pour un examen final. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d un parent immédiat ou autre) à un examen, entraînera l attribution de la note zéro (0). PLAGIAT ET FRAUDE. Les clauses du «Chapitre 10 : Plagiat et fraude» du «Règlement des études de 1er cycle» s appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département de génie mécanique. Afin de sensibiliser les étudiants au respect de la propriété intellectuelle, tous les étudiants doivent consulter la page Citer, pas plagier!: 5 DOCUMENTATIONS OBLIGATOIRES Thomas M, «Fiabilité, maintenance prédictive et vibration de machines», Presses de l Université du Québec, 2003, 633 pages, ETS03, ISBN Thomas M. et Laville F., Juin 2005, «Simulation des vibrations mécaniques par Matlab», Simulink et Ansys, Presses de l Université du Québec, ISBN , 702 pages. 6 AUTRES OUVRAGES DE RÉFÉRENCES Robert Bond Randall, Vibration-based condition monitoring: industrial, aerospace, and automotive applications. Chichester, West Sussex, U.K. ; Hoboken, N.J. : Wiley, Rao, Mechanical Vibrations, Addisson Wesley, Hatch M.R., Vibration simulation using Matlab and Ansys, Chapman & Hall, Inman Daniel: Engineering vibration, Prentice Hall, Ewins D. J., «Modal testing, theory and practice», Research Studies Press, Kelly S.G., Fundamentals of mechanical vibrations, Mc Graw Hill, Mc Connell, Vibration testing: theory and practice, Wiley, Drouin B. et Senicourt J.M., «De la mécanique vibratoire classique à la méthode des éléments finis», AFNOR, Wowk Victor, Machinery vibration: measurement and analysis, Mc Graw Hill, LABORATOIRES EN ÉQUIPES (5 % CHAQUE) Voir calendrier des travaux pour les dates de réalisations. Les laboratoires s effectueront sur un mécanisme du local 2200 qui comprend un moteur, un rotor, un accouplement, 2 roulements et des disques d inertie. Le laboratoire 1 sera un laboratoire informatique (A1212) qui permettra aux étudiants de se familiariser avec un logiciel d éléments finis, de l appliquer au calcul d un rotor (analyse modale et excitation forcée). Rédaction d un rapport. laboratoire 2 Analyse modale d'un rotor. Page 3 sur 6 Plan de cours Été 2012 SYS845
4 Ce laboratoire s effectuera au local Il comprend les mesures de fréquences de résonance, des amortissements dans le domaine temporel et fréquentiel du rotor et l identification des modes. Rédaction du rapport. laboratoire 3 Analyse modale d un rotor par la méthode ARMA. Ce laboratoire s effectuera au laboratoire informatique A1212. Il faut analyser les données enregistrées lors du laboratoire 2 pour en extraire les fréquences et amortissements par la méthode ARMA. Rédaction du rapport. laboratoire 4 Vibrations de machines Ce laboratoire s effectuera au local Il comprend la mesure des vibrations d un système moteur, rotor, balourd, accouplement, roulements. Il faut en identifier les défauts suite à l analyse vibratoire. Rédaction du rapport. laboratoire 5 Analyse temps-fréquence Ce laboratoire s effectuera au laboratoire informatique A1212. Il faut analyser les résultats enregistrés lors du laboratoire 4 pour déterminer le comportement en temps et en fréquence. L analyse se fera à l aide du STFT et des transformées d ondelettes. 8 PROJET (25 %) Le projet consiste à étudier un phénomène vibratoire en s appuyant sur une revue de la littérature (recherche bibliographique) et sur des simulations numériques. Il se conclura par un rapport technique (20 %) et une présentation orale (5 %). Liste des projets proposés : 1. Amortissement des structures; 2. Applications des viscoélastiques pour amortir les vibrations; 3. Isolation des machines; 4. Absorbeurs dynamiques; 5. Dynamique des rotors; 6. Analyse modale expérimentale; 7. Vibrations de machines; 8. Vibrations des roulements; 9. Vibrations des engrenages; 10. Vibrations des moteurs; 11. Exposition globales du corps humain aux vibrations; 12. Exposition aux vibrations segmentaires des travailleurs; 13. Confort et stabilité des véhicules; 14. Surveillance vibratoire des machines et structures (Structural health monitoring); 15. Déverminage des composants (environnemental stress screening); 16. Résistance des machines aux tremblements de terre;. 17. Essais de qualification de produits par vibration; 18. Vibrations des outils de coupe en fraisage; 19. Vibrations des outils de coupe en tournage; 20. Vibrations des outils de coupe en perçage; 21. Vibrations des outils de coupe en meulage; 22. Maintenance prédictive par analyse vibratoire; 23. Sujet libre à proposer. Page 4 sur 6 Plan de cours Été 2012 SYS845
5 Présentez votre avant projet sur 1 page pour approbation pour le 29 Mai. Modèle d avant projet Sujet Problématique Objectif Méthode envisagée 9 CALENDRIER DES TRAVAUX Calendrier des activités sem. Lundi Mardi Mercredi, A 1212 Jeudi Vendredi 1. 1 mai 1. Systèmes à 1 ddl B mai 3. Systèmes continus 15 mai Traitement de signal 4. 22mai Horaire du lundi mai 7. Révision A juin Analyse modale avancée 12 juin Détection de défauts 2 mai 9 mai 16 mai 23 mai 30 mai 6 juin 13 juin 2. Systèmes à n ddl A Éléments finis A 1212 Lab EF, Salle A Analyse modale expérimentale des structures, A1212 Lab modal, Salle A 2200 Intra 1 A 1212 Lab ARMA Salle A juin Vibrations de machines Remise des lab EF+modal 26 juin Temps-fréquence juil Remise du ARMA 10 juil 11. Présentation orale des projets, 17 juil 12. Remise des lab machines+tf juil Remise des projets 27 juin Horaire du lundi 20 juin Lab machines Salle A juil Lab temps-fréquence TF Salle A juil Révision, A juil Examen final, A1212 Page 5 sur 6 Plan de cours Été 2012 SYS845
6 Courriel «ÉTUDIANTS-PROFESSEURS» Le Service des technologies de l information, en collaboration avec les départements et le Service des enseignements généraux, vous présentent leur service de «courriel étudiantsprofesseurs». Cet outil vise à augmenter la quantité de services offerts aux étudiants et à favoriser un échange accru d informations entre les étudiants et les professeurs. Chaque étudiant disposera d une boîte de courriel (15 MB) et d une adresse normalisée. Chaque professeur pourra ainsi communiquer avec un étudiant ou avec l ensemble des étudiants inscrits à son cours. a) clientèle cible : tous les étudiants inscrits à chaque session. b) accessibilité : - à partir d un fureteur quelconque sur le site WEB de l ÉTS sous la rubrique : GUICHET INTERACTIF. - à partir d un fureteur quelconque à l adresse suivante : - à partir d un logiciel client en mode POP3 ou MAPI : serveur entrant : webmail.ens.etsmtl.ca serveur sortant : le serveur SMTP de votre fournisseur Internet. c) authentification au système de courriel : À chaque session de travail, le système de courriel vous demandera de vous identifier; une fenêtre (Mot de passe réseau) apparaîtra et vous devrez fournir à la rubrique : Nom de l utilisateur : votre code d accès universel; Mot de passe : votre NIP (utilisé dans ChemiNot). Pour connaître votre code d accès universel? Allez dans ChemiNot, sous l onglet intitulé : Info. générales. La forme générale de ce code est la suivante : AA Si vous avez oublié votre NIP, allez au Bureau du registraire. Avec la création de votre boîte de courriel, le système de courriel vous a également créé une adresse électronique dite «normalisée» que vous pouvez diffuser. Elle a la forme suivante : Prénom.nom.99@ens.etsmtl.ca (disponible dans ChemiNot). Notez que cette adresse normalisée ne contient pas de caractères accentués, ni de caractères spéciaux comme par exemple : l apostrophe et l espace (les logiciels de courriel ont horreur de ces caractères). Bonne utilisation. Service de l informatique et des télécommunications Page 6 sur 6 Plan de cours Été 2012 SYS845
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