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Responsable(s) Zhaoheng Liu

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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Zhaoheng Liu


PLAN DE COURS

Hiver 2021
MEC525 : Conception vibratoire et dynamique des structures (4 crédits)


Modalités de la session d’hiver 2021


Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2021, les modalités suivantes seront appliquées :


La plupart des cours de la session d'hiver seront donnés à distance. Les autres seront donnés en présence si la situation socio-sanitaire le permet. Cette information est disponible sur l’horaire de la session d’hiver diffusé sur le site de l’ÉTS ainsi que sur Cheminot.

L’étudiant inscrit à un cours à distance doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. L’étudiant doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.


Les cours à distance pourraient être enregistrés, à la discrétion de l’ÉTS, afin de les rendre disponibles aux étudiants inscrits aux cours.


La notation des cours sera la notation régulière prévue aux règlements des études de l'ÉTS.


Les examens intra se feront normalement à distance. Les examens finaux se feront normalement en présence si la situation socio-sanitaire le permet.


Pour les examens (intra, finaux) qui devaient se faire à distance, leur surveillance se fera à l’aide de la caméra et du micro de l’ordinateur et pourrait être enregistrée. Ceci est nécessaire pour se conformer aux exigences du Bureau canadien d’agrément des programmes de génie (BCAPG) afin d’assurer la validité des évaluations.

Le contexte actuel oblige bien sûr l’ÉTS à suivre de près l’évolution de la pandémie de COVID-19, laquelle pourrait entraîner, avant ou après le début de la session d’hiver 2021, un resserrement des directives et recommandations gouvernementales. Nous vous assurons que l’ÉTS se conformera aux règles en vigueur afin de préserver la santé publique et que, si requis, elle pourrait aller jusqu’à interdire l’accès physique au campus universitaire et ordonner que toutes les activités d’enseignement et d’évaluation soient exclusivement données à distance pour tout ou partie de la session d’hiver 2021.

Des exigences additionnelles pourraient être spécifiées par l’ÉTS ou votre département, suivant les particularités propres à votre programme.

En vous inscrivant ou en demeurant inscrit, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2021.


Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 17 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.


Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 31 janvier 2021 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.




Préalables
Programme(s) : 7684,7884
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    MAT265 ET MEC222 ET MEC423    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 64,8 23,1 % 9,3 % 23,1 % 44,4 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
 Qualité visée dans ce cours  
Qn
   Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Acquérir les principes fondamentaux de la conception de structures soumises à des excitations dynamiques, les principes d'isolation des machines et d'amortissement des vibrations. S’initier aux techniques de mesures vibratoires.

Au terme de ce cours, l’étudiant sera en mesure :

  • de faire la modélisation simplifiée de systèmes dynamiques complexes;
  • de simuler numériquement la dynamique des systèmes avec Matlab, Simulink et E.F;
  • de comparer les résultats obtenus théoriquement, par EF ainsi que par mesures expérimentales pour déterminer les paramètres modaux des structures;
  • de calculer les propriétés vibratoires d’un mécanisme et en tirer les principes de conception pour limiter les vibrations;
  • d’utiliser les concepts d’amortissement des vibrations, d’isolation de machines et des absorbeurs dynamiques pour réduire les vibrations.

Degrés de liberté; modélisation des systèmes vibratoires; sources de vibrations. Systèmes à 1 degré de liberté : équations du mouvement; vibrations libres; mesure d'amortissement; vibrations forcées harmoniques; isolation des machines; excitation par la base et déséquilibre des rotors; réponse impulsionnelle, transformée de Laplace, vibration aléatoire. Amortissement des structures, friction. Systèmes à plusieurs degrés de liberté : résonances et modes, vibration naturelle, vibration forcée harmonique, absorbeur dynamique, analyse modale. Techniques de mesure vibratoire. Méthode des éléments finis : matrices de masse et de rigidité, techniques d'assemblage et applications au calcul vibratoire des poutres et barres.

Travaux de laboratoire portant sur la mesure vibratoire, sur l'analyse modale des structures par mesures expérimentales et par éléments finis. Utilisation de logiciels Matlab de simulation de la dynamique.



Objectifs du cours
  • Sensibiliser et fournir à l'étudiant les notions de base théoriques des phénomènes vibratoires;
  • donner à l'étudiant des outils de conception pour lutter contre les vibrations en tenant compte des aspects de sécurité;
  • fournir à l'étudiant les notions de conception de structures en dynamique des vibrations;
  • donner à l’étudiant les notions de base en mesure des vibrations.

À la fin du cours, l’étudiant devrait être capable de :

  • faire la modélisation simplifiée de systèmes dynamiques;
  • faire les simulations numériques de la dynamique des structures avec Matlab, Simulink et éléments finis;
  • calculer les propriétés vibratoires d’un mécanisme et en tirer les principes de conception;
  • utiliser les concepts d’amortissement des vibrations et d’isolation de machines;
  • mesurer les vibrations et paramètres modaux d’une structure.

 



Stratégies pédagogiques
  • Apprentissage coopératif en groupes restreints: des équipes de trois ou quatre seront constituées pour réaliser les laboratoires et projets.
  • 3h30 de cours par semaine. De nombreux exemples seront faits en classe pour permettre aux étudiants de bien assimiler la théorie et les techniques présentées en cours.
  • 7 à 8 séances de travaux pratiques de 3h00 permettant à l'étudiant d'assimiler les notions théoriques de la matière.
  • 2 séances de laboratoire informatique par équipes permettant aux étudiants de se familiariser avec les techniques de résolution numérique (boîte à outils SIMULINK de MATLAB) et la méthode des éléments finis.
  • 2 séances de laboratoire de mesure expérimentales par équipes permettant aux étudiants de se familiariser avec la mesure de vibrations par excitation forcée et l’analyse modale expérimentale.
  • 2 projets en équipes.
    • Projet 1 : Conception par simulation numérique à l’aide de SIMULINK.
    • Projet 2 : Analyse modale expérimentale et conception en vibration à l’aide de la méthode des éléments finis.
  • Moyens de calcul : la calculatrice TI est l’outil de base pour les calculs.  Elle devra être apportée à tous les cours, TP, laboratoire et examens.  Un ordinateur (logiciels MATLAB/SIMULINK et EF) sera utilisé dans les laboratoires et pour le projet.
  • Des systèmes d’acquisition de données, capteurs et analyseurs de vibration seront utilisés dans les laboratoires expérimentaux.



Utilisation d’appareils électroniques

Calculatrice TI, MATLAB, ANSYS.



Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mercredi 08:30 - 11:30 Travaux pratiques et laboratoire
03 Jeudi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 11:30 Travaux pratiques et laboratoire
04 Mardi 18:00 - 21:00 Travaux pratiques et laboratoire
Mercredi 18:00 - 21:30 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
01 Aidin Delnavaz Travaux pratiques et laboratoire cc-AIDIN.DELNAVAZ@etsmtl.ca
03 Farid Mabrouki Activité de cours cc-Farid.MABROUKI@etsmtl.ca
03 Razia Chaouch Travaux pratiques et laboratoire razia.chaouch@gmail.com
04 Farid Mabrouki Activité de cours cc-Farid.MABROUKI@etsmtl.ca
04 Razia Chaouch Travaux pratiques et laboratoire razia.chaouch@gmail.com



Cours

 

Contenus traités dans le cours

Heures

S01

Mouvement harmonique : Définition de la vibration. Fonction harmonique, pulsation, fréquence, période, phase. Déplacement, vitesse, accélération. Unités.

3

S02

Modélisation physique : Éléments de base des systèmes mécaniques vibratoires. Passage d’un système réel à un modèle dynamique fait d’éléments simples (masse, ressort et amortisseur) en translation et en rotation.

3

S03

Mise en équation : Mise en équation du modèle dynamique obtenu à partir de la modélisation physique par une méthode systématique incluant l’évaluation du nombre de degrés de liberté du système, la construction des DCL de chaque élément et l’écriture des relations pour chaque élément.

3

S04

Réponse libre et réponse à une excitation harmonique : Vibration libre des systèmes non amortis et amortis.

3

S05

Résolution numérique : Mise en équation adaptée à la résolution numérique et utilisation de la boîte à outils SIMULINK dans l’environnement MATLAB. Comparaison avec les résultats obtenus analytiquement.

3

S06

Réponse libre et réponse à une excitation harmonique : Excitation harmonique des systèmes non amortis et amortis, amplification.

3

S07

Réponse à une excitation transitoire d’un système à un degré de liberté : Résolution analytique d’un système à un degré de liberté dans le cas d’une excitation transitoire. Examen de la réponse temporelle des systèmes. Utilisation de MATLAB pour générer les graphiques des réponses temporelles.

3

S08

Transmissibilité et isolation antivibratoire et excitation de la base : Transmissibilité des forces, isolation des machines. Excitation de la base, déséquilibre, vitesses critiques de rotors, mouvement relatif.

3

S09

Amortissement des vibrations : Énergie dissipée. Amortissement structural et de coulomb. Notion d’amortissement équivalent. Applications en vibrations libres et forcées.

3

S10

Systèmes à plusieurs degrés de liberté (vibrations libres) : Modèle à deux degrés de liberté non amorti, couplage, fréquences de résonances et modes. Réponse libre, coordonnées généralisées.

3

S11

Méthode des éléments finis : Principe de la méthode des éléments finis et application au calcul vibratoire des poutres.

3

S12

Systèmes à plusieurs degrés de liberté (méthodes de résolutions) : Analyse modale, formulation d’état et autres méthodes de résolutions.

3

S13

Systèmes à plusieurs degrés de liberté (vibrations forcées) : Méthode de compliance amortie.

1,5

S14

Amortisseur dynamique : Technique de neutralisation de la vibration à l’aide d’un absorbeur dynamique.

1,5

 

Total

39



Laboratoires et travaux pratiques

Voir la section "Stratégies pédagogiques".



Utilisation d'outils d'ingénierie

Des systèmes d’acquisition de données, capteurs et analyseurs de vibration seront utilisés dans les laboratoires expérimentaux.


Évaluation

 

Activité

Description

%

Date de remise

Projet 1

Simulation numérique du système vibratoire à l’aide de SIMULINK

15

À déterminer

Projet 2

Application de la méthode des éléments finis en vibration (ANSYS) et l’analyse modale expérimentale

15

À déterminer

Intra

Examen de mi-session

35

*

Final

Examen final

35

**

 * Voir les dates dans la section « Dates des examens intra » et aux calendriers de la section «Autres».

**Sera déterminée à la fin de la session.

 

  • Une note moyenne de 50 % ou plus dans les examens est nécessaire pour passer le cours.
  • Une note moyenne de 60 % ou plus dans tous les éléments est obligatoire pour passer le cours.



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 17 février 2021
3 19 février 2021
4 16 février 2021



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

N/A



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, 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 du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Infractions de nature académique
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
  • Marc Thomas et Frédéric Laville, «Simulation des vibrations mécaniques par Matlab, Simulink et Ansys», Université du Québec, École de technologie supérieure, 2005, ISBN 2-921145-52-9, disponible à la COOP de l’ÉTS.



Ouvrages de références

Ouvrages de référence recommandés

  • Inman, D.J., «Engineering Vibration», Prentice Hall, 1994 ou 2001.
  • Rao, S. S., «Mechanical Vibrations», Addisson Wesley, 1995 ou 2003.

 

Ouvrages de références complémentaires

  • Drouin, B. et Senicourt, J.M., «De la mécanique vibratoire classique à la méthode des éléments finis», AFNOR, 1993.
  • Kelly, S.G., «Fundamentals of mechanical vibrations», McGraw Hill, 1993 ou 2000.
  • Ewins, D.J., «Modal Analysis: Theory and Practice», EUS, 1984.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca



Autres informations

Calendrier universitaire – Hiver 2021

MEC525 Groupe 01

Cours : Lundi 13h30-17h00, Local : Zoom

TP/Labo : Mercredi 08h30-11h30, locaux : Zoom (TP), A-0558 (Labo)

Sem.

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

01

04 jan.

Début des cours

Cours 01

(Modélisation)

05 jan.

06 jan.

TP 01

 

07 jan.

08 jan.

02

11 jan.

Cours 02

 (Mise en équation)

12 jan.

13 jan.

TP 02

 

14 jan.

 

15 jan.

03

18 jan.

Cours 03

(Vibration libre, système à 1 DDL)

19 jan.

20 jan.

TP 03

 

21 jan.

 

22 jan.

04

25 jan.

Cours 04

(Excitation harmonique)

26 jan.

27 jan.

 

TP 04

 

28 jan.

29 jan.

05

01 fév.

Cours 05

(Excitation transitoire)

02 fév.

 

03 fév.

TP 05

(Simulink)

04 fév.

05 fév.

06

08 fév.

Cours 06

(Transmissibilité)

09 fév.

 

10 fév.

TP 06

11 fév.

12 fév.

07

15 fév.

Cours 07 (Révision)

16 fév.

17 fév.

TP 07

(Intra)

18 fév.

19 fév.

08

22 fév.

 

Relâche

23 fév.

 

Relâche

 

24 fév.

 

Relâche

25 fév.

Horaire du lundi

Cours 08

(Amortissement)

26 fév.

09

01 mars

Cours 09

(Vibration libre, plusieurs DDL)

02 mars

 

03 mars

TP 08

 

04 mars

05 mars

10

08 mars

Cours 10 (MÉF)

09 mars

10 mars

TP 09

11 mars

12 mars

11

15 mars

Cours 11

(Analyse modale)

16 mars

 

17 mars

TP 10

(ANSYS)

18 mars

19 mars

12

22 mars

Cours 12

(Méthode de compliance)

23 mars

24 mars

TP 11

25 mars

26 mars

13

29 mars

Cours 13

(Révision)

30 mars

31 mars

TP 12

01 avril

02 avril

Congé de Pâques

14

05 avril

Congé de Pâques

06 avril

07 avril

08 avril

09 avril

 

  1. Fin des cours : 10 avril 2021.
  2. Période d’entrevue de stage, sans examen pour les cours de jour : du 1er au 12 février 2021.
  3. Période d’examens finaux : du 12 au 22 avril 2021

 

Calendrier universitaire – Hiver 2021

MEC525 Groupe 03

Cours : Jeudi 13h30-17h00, Local D-4007

TP/Labo : Vendredi 8h30-11h30, locaux : D-3018 (TP), A-1226 (Informatique), A-0558 (Essais)

Sem.

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

Samedi

1.

4 janvier

Début des cours

5 janvier

 

 

6 janvier

 

7 janvier

Cours 01

Modélisation

8 janvier

 

9 janvier

 

2.

11 janvier

 

12 janvier

 

13 janvier

 

14 janvier

Cours 02

Mise en équation

15 janvier

TP 01

16 janvier

 

3.

18 janvier

 

19 janvier

 

20 janvier

 

21 janvier

Cours 03

Réponse Libre

22 janvier

TP 02

23 janvier

 

4.

25 janvier

 

26 janvier

 

27 janvier

 

28 janvier

Cours 04

Réponse harmonique

29 janvier

TP 03

 

30 janvier

 

5.

1er février

 

2 février

 

3 février

 

4 février

Cours 05

Transmissibilité

5 février

TP 04

6 février

 

6.

8 février

 

9 février

 

10 février

 

11 février

Cours 06

Révision

12 février

TP 05

13 février

 

7.

15 février

 

16 février

 

17 février

 

18 février

Cours 07

Réponse arbitraire

19 février

Examen Intra

20 février

 

8.

22 février

Relâche

23 février

Relâche

24 février

Relâche

25 février

Horaire du lundi

 

26 février

Lab. Simulink

(A-1226)

27 février

 

9.

1er mars

 

2 mars

3 mars

 

4 mars

Cours 08

Amortissement

5 mars

TP 06

6 mars

 

10.

8 mars

 

9 mars

 

10 mars

 

11 mars

Cours 09

Systèmes à n ddl

12 mars

TP 07

13 mars

 

11.

15 mars

 

16 mars

 

17 mars

 

18 mars

Cours 10

Méthode des ÉF

19 mars

Lab. Ansys

(A-1226)

20 mars

 

12.

22 mars

 

23 mars

24 mars

 

25 mars

Cours 11

Analyse Modale

26 mars

TP 08

27 mars

 

13.

29 mars

 

30 mars

 

31 mars

 

1er avril

Cours 12

Compliance/Absorbeur

2 avril

Férié

3 avril

Férié

14.

5 avril

Férié

6 avril

 

7 avril

 

8 avril

TP 09

9 avril

Cours 13

Révision

10 avril

Fin des cours

 

 

  1. Période d’entrevue de stage, sans examen pour les cours de jour : du 1er au 12 février 2021.
  2. Période d’examens finaux : du 12 au 22 avril 2021

 

Calendrier universitaire – Hiver 2021

MEC525 Groupe 04

Cours : Mercredi 18h00-21h30, Local D-4007

TP/Labo : Mardi 18h00-21h00, locaux : D-3018 (TP), A-1226 (Informatique), A-0558 (Essais)

Sem.

Lundi

Mardi

Mercredi

Jeudi

Vendredi

Samedi

1.

4 janvier

Début des cours

5 janvier

 

 

6 janvier

Cours 01

Modélisation

7 janvier

 

8 janvier

 

9 janvier

 

2.

11 janvier

 

12 janvier

TP 01

13 janvier

Cours 02

Mise en équation

14 janvier

 

15 janvier

 

16 janvier

 

3.

18 janvier

 

19 janvier

TP 02

20 janvier

Cours 03

Réponse Libre

21 janvier

 

22 janvier

 

23 janvier

 

4.

25 janvier

 

26 janvier

TP 03

 

27 janvier

Cours 04

Réponse harmonique

28 janvier

 

29 janvier

 

30 janvier

 

5.

1er février

 

2 février

TP 04

3 février

Cours 05

Transmissibilité

4 février

 

5 février

 

6 février

 

6.

8 février

 

9 février

TP 05

10 février

Cours 06

Révision

11 février

 

12 février

 

13 février

 

7.

15 février

 

16 février

Examen Intra

17 février

Cours 07

Réponse arbitraire

18 février

 

19 février

 

20 février

 

8.

22 février

Relâche

23 février

Relâche

24 février

Relâche

25 février

Horaire du lundi

 

26 février

 

27 février

 

9.

1er mars

 

2 mars

Lab. Simulink

(A-1226)

3 mars

Cours 08

Amortissement

4 mars

 

5 mars

 

6 mars

 

10.

8 mars

 

9 mars

TP 06

10 mars

Cours 09

Systèmes à n ddl

11 mars

 

12 mars

 

13 mars

 

11.

15 mars

 

16 mars

TP 07

17 mars

Cours 10

Méthode des ÉF

18 mars

 

19 mars

 

20 mars

 

12.

22 mars

 

23 mars

Lab. Ansys

(A-1226)

24 mars

Cours 11

Analyse Modale

25 mars

 

26 mars

 

27 mars

 

13.

29 mars

 

30 mars

TP 08

31 mars

Cours 12

Compliance/Absorbeur

1er avril

 

2 avril

Férié

3 avril

Férié

14.

5 avril

Férié

6 avril

TP 09

7 avril

Cours 13

Révision

8 avril

 

9 avril

 

10 avril

Fin des cours

 

 

  1. Période d’entrevue de stage, sans examen pour les cours de jour : du 1er au 12 février 2021.
  2. Période d’examens finaux : du 12 au 22 avril 2021