3.1.1 Contexte
Les probl`emes vibratoires rencontr´es classiquement sur le parc d’EDF sont de deux types. Le premier regroupe les excitations harmoniques souvent associ´ees aux fr´equences de rotation des machines tournantes (moteurs ou pompes). Le second type regroupe les excitations large bande dues par exemple `a des interactions fluide- structure, des ´ecoulements turbulents, etc.
Le traitement des excitations harmoniques par des modifications en masse ou en raideur est efficace dans la plupart des cas. L’ajout de masses localis´ees permet de d´ecaler vers le bas les fr´equences propres de la structure et d’´ecarter le pic de r´esonance incrimin´e dans le probl`eme vibratoire. L’ajout de raidisseurs a l’effet inverse : on observe une augmentation des fr´equences propres. L’´eloignement d’un pic de r´esonance d’une raie excitatrice permet alors de diminuer le niveau vibratoire.
Les cas de densit´e spectrale importante peuvent cependant ˆetre probl´ematiques
3.1 Le probl`eme industriel 52 pour ce genre de modifications. Dans ces cas, le d´ecalage des fr´equences propres peut ˆetre une solution difficile `a maˆıtriser ; le d´ecalage peut provoquer l’excitation d’un mode voisin qui aurait subi l’effet de la modification. Le risque de d´ecaler en fr´equence un mode capable de s’apparier avec les efforts d’excitation existe alors.
L’ajout d’´el´ements amortissants est une alternative de modification int´eressante pour plusieurs raisons. L’int´erˆet de ce genre de modification n’est pas le d´ecalage fr´equentiel mais la diminution globale du niveau vibratoire par amortissement. Ce type de modifications est donc particuli`erement adapt´e pour les probl`emes avec excitation large bande. En effet le d´ecalage de fr´equence obtenu par les modifications en masse ou en raideur n’est g´en´eralement pas suffisant pour ´eloigner les r´esonances de la bande excit´ee.
Dans le cas de forte densit´e modale, et d’excitations harmoniques, les modifications dissipatives apportent `a nouveau une perspective de traitement int´eressante.
Un dernier point est le caract`ere relativement peu intrusif des modifications dissi- patives. Dans la majorit´e des cas, l’ajout de raidisseurs n´ecessite en effet une liaison continue de taille relativement importante entre les sous-structures et, est largement intrusif. Nous verrons que des solutions d’amortissement discr`etes sont envisageables et autorisent ainsi une plus grande libert´e d’int´egration.
Il existe ´egalement des probl`emes vibratoires industriels dont l’origine est une exci- tation harmonique, mais pour lesquels les modifications en masse ou en raideur n’ont pas apport´e de solutions stables dans le temps. L’amortissement est une nouvelle pers- pective de traitement vibratoire pour ce type de probl`emes. Ce cas d’application envi- sag´e dans un futur proche est d´etaill´e sur un exemple en section 3.1.2.
3.1.2 Un exemple d’application possible
Le contrˆole du vieillissement de certaines structures est indispensable tant pour des raisons ´economiques, que pour des raisons de s´ecurit´e. Les alternateurs (figure 3.1) des groupes turbo-alternateurs (GTA) en sont un bon exemple. Il s’agit d’´el´ements sensibles de la chaˆıne de production ´electrique, derniers maillons de la transformation de l’´energie disponible (nucl´eaire, thermique, hydraulique...) en ´energie ´electrique.
3.1 Le probl`eme industriel 53
Fig. 3.1 – Sch´ema d’alternateur.
Ces structures sont le si`ege de vibrations ´elev´ees en fonctionnement, vibrations qui proviennent principalement de l’appariement des forces ´electromagn´etiques induites entre le rotor et le stator. On observe une harmonique pr´epond´erante autour de la fr´equence de rotation. Les extr´emit´es du stator, appel´ees cages de d´eveloppantes ou tˆetes de bobines, sont des parties particuli`erement critiques pour lesquelles on d´eplore des avaries directement li´ees aux vibrations induites par cette excitation.
L’´evolution m´ecanique de la structure, une perte de raideur des mat´eriaux isolants, a pour effet de rapprocher de la raie d’excitation des fr´equences de r´esonance de certains modes propres excitables. Ce ph´enom`ene se traduit par une augmentation lente des niveaux vibratoires sur les tˆetes de bobines.
Les solutions tent´ees jusqu’`a pr´esent afin de limiter ce probl`eme ont consist´e `a d´esaccorder les modes propres incrimin´es en cherchant `a ´eloigner les fr´equences propres de ces derniers :
– soit en rigidifiant la structure, par la remise en tension des calages : cela a pour effet d’augmenter la fr´equence des modes propres,
– soit au contraire en ajoutant de la masse, ce qui a pour effet de diminuer la fr´equences des modes propres.
Dans certains cas, la mise en œuvre de ces solutions n’a pas donn´e enti`ere satis- faction : une d´erive lente en fr´equence du comportement est observ´ee et le probl`eme vibratoire r´eapparaˆıt rapidement apr`es l’installation des modifications.
C’est pourquoi, dans le cadre d’un projet de recherche d’EDF (le projet VITAL), il a ´et´e d´ecid´e d’´etudier un autre type de solution de r´eduction des vibrations `a l’aide de modifications dissipatives [30].
Les modes incrimin´es dans ces probl`emes vibratoires sont des modes d’ovalisation `a 3 lobes du stator. La figure 3.2 montre les modes `a 2 et 3 lobes mesur´es et superpos´es