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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Zhaoheng Liu


PLAN DE COURS

Hiver 2022
SYS804 : Vibrations avancées: théorie et pratique (4 crédits)


Modalités de la session d’hiver 2022


Pour assurer la tenue de la session d’hiver 2022, les modalités suivantes seront appliquées :


Les activités d’enseignement de la session d’hiver 2022 comprendront des activités en présence et à distance, lesquelles seront ajustées en fonction de l’évolution de la situation socio-sanitaire.


Pour les cours (ou séances de cours) donnés à distance, l’étudiant ou l'étudiante doit avoir accès à un ordinateur, un micro, une caméra et un accès à internet, idéalement de 10Mb/s ou plus. Il ou elle doit ouvrir sa caméra et/ou son micro lorsque requis, notamment pour des fins d’identification ou d’évaluation.


Les cours (ou séances de cours) donnés à distance pourraient être enregistrés afin de les rendre disponibles aux personnes inscrites au cours.


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


Les examens (intra, finaux) se feront en présence, si la situation socio-sanitaire le permet.


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 2022, 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, si requis, qu'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 toute ou pour une partie de la session d’hiver 2022. Ainsi, si les examens (intra, finaux) 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.


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 à la session d'hiver 2022, vous acceptez les modalités particulières de la session d’hiver 2022.


Nous vous rappelons que vous avez jusqu’au 18 janvier 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.


Pour les nouveaux étudiants inscrits au programme de baccalauréat uniquement, vous avez jusqu’au 1er février 2022 pour vous désinscrire de vos cours et être remboursé.




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 h 00 de cours par semaine;
  • 7 travaux pratiques pour appliquer les notions du cours;
  • 5 laboratoires de 3 h en équipes permettant à l'étudiant d’appliquer ses connaissances;
  • 1 projet de session;
  • 1 examen mi-session (2h);
  • 1 examen final (3h).



Utilisation d’appareils électroniques

Ordinateurs et calculatrices




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Lundi 13:30 - 17:30 Travaux pratiques (2 sous-groupes)
Lundi 15:30 - 17:30 Laboratoire
Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Thomas Dupont Activité de cours Thomas.Dupont@etsmtl.ca A-2918



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 sous Matlab.

3 et 4

Vibration des systèmes continus

 

Vibration des cordes, tiges et poutres. Modes et fréquences naturelles. Vibration des membranes et plaques.

5

 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.

6

Traitement du signal pour la mesure des vibrations

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, analyse spectrale.

7

Analyse modale expérimentale

Décrément logarithmique. Analyse modale des structures. Extraction des paramètres modaux, résonances, amortissements. Mesure des modes.

8 et 9

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.

 

 

10

Méthodes expérimentales avancées

 

Analyse des voies de transfert (TPA), Analyse Modale avancée (Méthodes de lissage des fonctions de transfert et d'appropriation modale), Traitement du signal avancé (Cepstre, modulation, transformée de Hilbert, Transformée de Fourier rapide, Transformée par Ondelettes).

11

Réduction des vibrations + Révisions
Matériaux passifs, absorbeurs dynamiques, métamatériaux, contrôle actif.

12

Présentations orales des projets




Laboratoires et travaux pratiques

1. Laboratoires en équipes

Voir 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 et 2 : Méthode des éléments finis

Ce sont deux laboratoires informatiques qui permettront aux étudiants de se familiariser avec le logiciel d’éléments finis Ansys, de l’appliquer au calcul d’une poutre puis d'un rotor (analyse modale et excitation forcée). 

  • Laboratoires 3 et 4 : Excitation forcée et analyse modale d'une poutre et d'un rotor.

La première partie de ce laboratoire expérimental porte sur l’excitation contrôlée des structures à l’aide d’un pot vibrant. La mesure des paramètres mécaniques d'un matériau par potence d'Oberst sera abordé

La deuxième partie du 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).

La troisième partie s'intéresse à la mesure des vibrations d’un système moteur, rotor, balourd, accouplement, roulements. Il faut en identifier les défauts suite à l’analyse vibratoire.

  • Laboratoires 5 : Traitement du signal avancé

 

2. 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. Métamatériaux en vibration;
  17. Sujet libre à proposer.

NOTE : Le rapport du projet effectué dans le cadre du cours MEC525 (même si légèrement modifié) n’est pas acceptable.

 

Présentez votre avant-projet (sur 1 page) pour approbation avant le 10 février 2021.

                    Modèle d’avant-projet

  • Sujet
  • Problématique
  • Objectif
  • Méthode envisagé



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 10 février 2021 et remise du rapport le 12 avril 2021

(15% rapport + 5% oral)

20

Intra

Examen portant sur les premières leçons

30

Final

Examen portant sur les dernières leçons : semaines d'examen selon l’horaire de l’École

30




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
  • J. L. Guyader, Vibrations des milieux continus, Lavoisier, Hermès, 444 p., 2002.
  • M. Géradin, D. Rixen, Théorie des vibrations - Applications à la dynamique des structures, 2eme édition, Masson, Paris, 421 P., 1996.
  • Beranek, L.L. and I.L. Ver, Noise and vibration control engineering, 2eme ed., Wiley 2006.
  • 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, Mc Graw 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, Mc Graw Hill, 1991.



Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Site Moodle du cours (Calendrier, supports du cours, TP, laboratoires, dépots des rapports laboratoires, projets et intra, renseignements, consignes...) :

https://ena.etsmtl.ca/

Site pour examen final (si à distance) :

https://enaquiz.etsmtl.ca/




Autres informations

Voir le site Moodle du cours pour toutes informations supplémentaires (calendrier, consignes, supports de cours, TP et laboratoires, ...).