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PLAN DE COURS

Automne 2019
SYS804 : Vibrations avancées: théorie et pratique (4 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours
Développer des aptitudes avancées en analyse des vibrations, en techniques de mesure des vibrations et en analyse modale, autant du point de vue théorique qu’expérimental. Maîtriser les techniques d’analyse expérimentale et théorique des vibrations. Maîtriser les techniques de diagnostic des défauts de machines par surveillance vibratoire.

Acquisition des données, FFT, échantillonnage, fenêtrage. Capteurs et actuateurs : pots vibrants, marteaux d’impact, excitation acoustique, accéléromètres. Types de vibrations : harmoniques, transitoires, aléatoires. Vibrations temporelles : facteur de crête et Kurtosis. Méthodes analytiques. Analyse modale théorique et expérimentale : décrément logarithmique, diagramme de Bode, résonances, amortissements, modes, synthèse modale. Méthode des éléments finis. Essais de qualification de produits. ESS. Essais de fatigue sous excitation aléatoire. Diagnostic des défauts de machines par analyse vibratoire (équilibrage, lignage, roulements, paliers, moteurs et engrenages).



Objectifs du cours

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’analyse modale expérimentale, numérique et théorique;
  • les techniques d’acquisition de données et de traitement du signal vibratoire;
  • les techniques de diagnostic des défauts de machines par surveillance vibratoire.



Stratégies pédagogiques
  • 3 heures de cours par semaine;
  • 6 travaux pratiques pour appliquer les notions du cours;
  • 5 laboratoires de 3 heures en équipes permettant à l'étudiant d’appliquer ses connaissances;
  • 1 projet individuel;
  • 1 examen mi-session;
  • 1 examen final.



Utilisation d’appareils électroniques

Sans objet




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Jeudi 10:30 - 12:30 Travaux pratiques et laboratoire
Vendredi 08:30 - 12:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Zhaoheng Liu Activité de cours Zhaoheng.Liu@etsmtl.ca A-1914



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 (Newton, Lagrange). Résonances et modes. Analyse modale. Réponse libre et forcée. Applications de Matlab et 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.

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 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

 

Modulation d’amplitude harmonique. Modulation harmonique de phase. Modulation harmonique d’amplitude et de phase. Démodulation par Transformée de Hilbert, analyse temps-fréquence, STFT.

12

Révision

13

Présentations orales des projets




Laboratoires et travaux pratiques

Voir la section "Stratégies pédagogiques".




Évaluation

Activités

Descriptions

%

Laboratoires en équipes

5 laboratoires (2 rapports : 10 % chacun) : voir dates de remise et d’exécution dans le calendrier

20

Projet libre individuel

Avant-projet le 25 octobre et remise du rapport le 9 décembre

(15 % rapport + 5 % oral)

20

Intra

Examen portant sur les 7 premières leçons : 24 octobre

30

Final

Examen portant sur les dernières leçons : selon l'horaire établi des examens finaux

30




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 24 octobre 2019



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

Sans objet




Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. 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 (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire
  • Thomas M., Mai 2011, « Fiabilité, maintenance prédictive et vibrations de machines ». Presses de l’Université du Québec, 633 pages, D3357, ISBN 978-2-7605-3357-8.
  • Thomas M. et Laville F., Juin 2005, « Simulation des vibrations mécaniques par Matlab, Simulink et Ansys, Presses de l’Université du Québec, ISBN 2-921145-52-9, 702 pages. 



Ouvrages de références
  • Robert Bond Randall, Vibration-based condition monitoring: industrial, aerospace, and automotive applications, Chichester, West Sussex, U.K.; Hoboken, N.J.: Wiley, 2010.
  • Rao, Mechanical Vibrations, Addisson Wesley, 2003.
  • Zhi-Fang Fu, Jimin He, Modal analysis, Oxford; Boston : Butterworth-Heinemann; 2001. 1 ressource en ligne (xiii, 291 p.) Accès réservé aux membres des établissements autorisés.
  • Patrick Lyonnet, Marc Thomas, Rosario Toscano, Fiabilité, diagnostic et maintenance prédictive des systèmes, Lavoisier, 2012, 378p.
  • Shin K., Hammond, J. K., Fundamentals of Signal processing for Sound and Vibration Engineers,Wiley, 2008.
  • Inman Daniel: Engineering vibration, Prentice Hall, 2001.
  • Ewins D. J., Modal testing, theory and practice, Research Studies Press, 2000.
  • Kelly S.G., Fundamentals of mechanical vibrations, McGraw Hill, 2000.
  • Mc Connell, Vibration testing: theory and practice, Wiley, 1995.
  • Drouin B. et Senicourt J.M., De la mécanique vibratoire classique à la méthode des éléments finis, AFNOR, 1993.
  • Wowk Victor, Machinery vibration: measurement and analysis, McGraw Hill, 1991.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Sans objet




Autres informations

Laboratoires en équipes

 

Voir le calendrier des travaux pour les dates de réalisations.

Les laboratoires s’effectueront sur un mécanisme qui comprend un moteur, un rotor, un accouplement, 2 roulements et des disques d’inertie.

  • Laboratoire 1 : Excitation forcée

C’est un laboratoire expérimental qui porte sur l’excitation contrôlée des structures à l’aide d’un pot vibrant. Rédaction d’un rapport 1 (Partie 1).

  • Laboratoire 2 : Analyse modale d'un rotor.

Ce laboratoire comprend les mesures de fréquences de résonance, des amortissements dans le domaine temporel et fréquentiel du rotor et l’identification des modes, par la méthode d’impacts. Rédaction d’un rapport 1 (Partie 2).

  • Laboratoire 3 : Méthode des éléments finis

Ce sera un laboratoire informatique 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 2 (Partie 1)

  • Laboratoire 4 : Vibrations de machines

Ce laboratoire 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 2 (Partie 2).

  • Laboratoire 5 : Analyse temps-fréquence

Dans ce laboratoire, 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 des méthodes temps-fréquence (STFT, ARMA, etc..).

 

 

Projet (20 %)

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 (15 %) et une présentation orale (5 %).

Liste des projets proposés (vous pouvez proposer un projet différent):

  1. Amortissement des structures;
  2. Applications des viscoélastiques pour amortir les vibrations;
  3. Isolation des machines;
  4. Absorbeurs dynamiques;
  5. Dynamique des rotors;
  6. Vibrations de machines;
  7. Vibrations des roulements;
  8. Vibrations des engrenages;
  9. Vibrations des moteurs;
  10. Exposition globales du corps humain aux vibrations;
  11. Exposition aux vibrations segmentaires des travailleurs;
  12. Confort et stabilité des véhicules;
  13. Vibrations des outils de coupe;
  14. Dynamique du système non-linéaire véhicule/conducteur (voiture)
  15. Dynamique du système non-linéaire véhicule/conducteur (camion/semi-remorque)
  16. Sujet libre à proposer.

 

  

Présentez votre avant-projet (sur 1 page) pour approbation avant le 25 octobre 2019.

 

Modèle d’avant-projet :

  • Sujet
  • Problématique
  • Objectif
  • Méthode envisagée

 

 

 

CALENDRIER DES TRAVAUX – AUTOMNE 2019

 

SYS804 Groupe 01 - AUTOMNE 2019

Cours : Vendredi 08h30-12h00, Local : A-1212

TP/Labo : Jeudi 10h30-12h30, locaux : A-1212 (TP), A-0558 (Labo)

Sem.

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

01

02 sept.

03 sept.

Début des cours

04 sept.

05 sept.

Activités étudiantes

06 sept.

Cours 01

02

09 sept.

 

10 sept.

 

11 sept.

 

12 sept.

TP 1

13 sept.

Cours 02

03

16 sept.

 

17 sept.

 

18 sept.

 

19 sept.

Labo 1

(excitation forcée)

20 sept.

Cours 03

04

23 sept.

 

24 sept.

 

25 sept.

 

26 sept.

TP 2

27 sept.

Cours 04

05

30 sept.

 

01 oct.

 

02 oct.

 

03 oct.

Labo 2

(Analyse modale)

04 oct.

Cours 05

06

07 oct.

 

08 oct.

 

09 oct.

 

10 oct.

TP 3

 

11 oct.

Cours 06

07

14 oct.

Action de grâce

15 oct.

Horaire du lundi

16 oct.

Remise du rapport (Labos 1 et 2)

17 oct.

TP 4

18 oct.

Cours 07 (Révision)

08

21 oct.

 

22 oct.

 

23 oct.

 

24 oct.

Intra

25 oct.

Cours 08

(remise de l’avant-projet)

09

28 oct.

 

29 oct.

 

30 oct.

Horaire du jeudi

Labo 3

(ÉF)

31 oct.

Relâche

01 nov.

Relâche

10

04 nov.

 

05 nov.

 

06 nov.

 

07 nov.

 

08 nov.

Cours 09

11

11 nov.

 

12 nov.

 

13 nov.

 

14 nov. 

TP 6

15 nov. 

Cours 10

12

18 nov.

 

19 nov.

 

20 nov.

 

21 nov.

Labo 4

(Vibration des machines)

22 nov.

Cours 11

13

25 nov.

 

26 nov. 

 

27 nov.

 

28 nov.

Labo 5

(Méthode ARMA)

29 nov.

Cours 12 (Révision)

14

02 déc.

 

03 déc.

 

04 déc.

Remise du rapport (Labos 3, 4, 5)

05 déc.

TP 7

06 déc.

Cours 13

(présentation orale de projet)

15

09 déc.

Remise du rapport de projet

 

   

 

 

 

  1. Fin des cours : 7 décembre 2019.
  2. Période des essais expérimentaux au laboratoire A-0558 dans le cadre du projet 02 : 14 nov.- 22 nov.
  3. Période d’entrevue de stage, sans examen pour les cours de jour : 15 au 25 octobre 2019.
  4. Période d’examens finaux : 9 au 19 décembre 2019.