Comportement vibratoire des rotors fissurés

Abstract

La détection des dommages dans les rotors a fait l'objet de beaucoup d'attention au cours des dernières décennies. Des amplitudes de vibration destructrices peuvent apparaître dans les arbres tournants en raison de la présence des fissures, ces amplitudes produisent une défaillance imprévue et un éventuel endommagement des composants de la machine. La surveillance des paramètres vibratoires des rotors est un outil de détection de la présence et de l’évolution de ces fissures. La présence d'une fissure dans un arbre en rotation réduit sa rigidité, réduisant ainsi les fréquences propres du rotor, l’étude du comportement dynamique de rotor fissuré permet d’identifier la présence, l’emplacement et la profondeur de la fissure. Les principales techniques utilisées pour exprimer la variation de la rigidité de l’arbre sont la méthode de flexibilité locale et la méthode de la rigidité variable par rapport au temps (time-varying stiffness). La méthode de la flexibilité locale est la technique la plus utilisée pour formuler la matrice de rigidité d'un élément fissuré du rotor, cette méthode est basée sur le calcul du facteur d’intensité de contrainte au niveau de la zone fissuré, La méthode de rigidité variable se traduit par une réduction des moments d'inertie de la section droite de la fissure par rapport aux axes de rotation, cette variation des moments d’inertie conduit à une rigidité variable par rapport au temps. L’influence d’une fissure transversale sur les paramètres modaux du rotor est abordée en utilisant la version h de la méthode des éléments finis. Les matrices globales de l'équation de mouvement du rotor fissuré sont déterminées par l'application de l'équation de Lagrange en tenant compte de la variation locale de la rigidité de l'arbre due à la fissure, la rigidité de l'élément fissuré de l'arbre est déterminée en utilisant la méthode de rigidité variable. Ainsi, qu’une nouvelle approche basée sur la théorie de la diminution de rigidité est présentée dans ce travail pour l’étude des rotors fissurés. Un programme a été développé en MATLAB pour calculer les fréquences propres et tracer la réponse dynamique ainsi que les amplitudes d'un rotor fissuré et non fissuré. Après avoir présenté la convergence de la version h de la méthode des éléments finis, une étude détaillée sur l’influence de la fissure transversale ouverte et respiratoire sur les paramètres modaux du rotor est présentée