Mécanique vibratoire
Systèmes discrets linéaires
Michel Del Pedro/Pierre Pahud
Presses polytechniques et universitaires romandes
Table des matières
Chapitre 1 Introduction1
1.1 Bref historique1
1.2 Vibrations perturbatrices ou utiles2
Chapitre 2 L'oscillateur élémentaire linéaire de la
mécanique5
2.1 Définition et représentation5
2.2 Equation du mouvement et régimes vibratoires6
2.3 Formes modifiées de l'équation du mouvement6
Chapitre 3 Régime libre de l'oscillateur élémentaire9
3.1 Régime libre conservatif Oscillateur harmonique9
3.2 Conservation de l'énergie11
3.3 Exemples d'oscillateurs conservatifs12
3.3.1 Introduction12
3.3.2 Masse à l'extrémité d'un fil12
3.3.3 Vibrations latérales d'un arbre16
3.3.4 Système pendulaire17
3.3.5 Résonateur de Helmholtz19
3.4 Régime libre dissipatif21
3.4.1 Amortissement surcritique22
3.4.2 Amortissement critique23
3.4.3 Amortissement sous-critique25
3.5 Energie de l'oscillateur dissipatif29
3.6 Diagramme du plan de phase31
3.7 Exemples d'oscillateurs dissipatifs33
3.7.1 Elément de suspension pour véhicule33
3.7.2 Amortissement d'un barreau de polymère35
3.7.3 Oscillateur avec frottement sec36
Chapitre 4 Régime permanent harmonique41
4.1 Amplitude et phase en fonction de la fréquence41
4.2 Diagramme de vecteurs tournants45
4.3 Utilisation des nombres complexes Réponse en fréquence46
4.4 Puissance consommée en régime permanent49
4.5 Pulsations propres et pulsations de résonance51
4.6 Diagramme de Nyquist53
4.7 Exemples de régimes permanents harmoniques56
4.7.1 Vibreur pour essais de fatigue56
4.7.2 Mesure de l'amortissement59
4.7.3 Vibrations d'un arbre de machine62
Chapitre 5 Régime permanent périodique67
5.1 Séries de Fourier Spectres de l'excitation et de la réponse67
5.2 Séries de Fourier sous forme complexe70
5.3 Exemples de régimes permanents périodiques73
5.3.1 Battements en régime permanent73
5.3.2 Réponse à une excitation rectangulaire périodique75
5.3.3 Réponse temporelle à une excitation périodique78
Chapitre 6 Régime forcé83
6.1 Transformation de Laplace83
6.2 Solution générale du régime forcé86
6.3 Réponses à une impulsion et à un échelon de force89
6.3.1 Réponse impulsionnelle89
6.3.2 Réponse indicielle90
6.3.3 Relation entre les réponses impulsionnelle et indicielle94
6.4 Réponses à une impulsion et à un échelon du déplacement élastique95
6.4.1 Introduction95
6.4.2 Réponse impulsionnelle95
6.4.3 Réponse indicielle96
6.5 Transformation de Fourier97
6.6 Exemples de régimes forcés99
6.6.1 Réponse temporelle à une force F cos Omegat99
6.6.2 Réponse en fréquence à une excitation rectangulaire101
Chapitre 7 Analogies électriques109
7.1 Généralités109
7.2 Analogie force-courant109
7.3 Extension aux systèmes à plusieurs degrés de liberté Circuits
de forces112
Chapitre 8 Systèmes à deux degrés de liberté115
8.1 Généralités Notion de couplage115
8.2 Régime libre et modes propres du système conservatif117
8.3 Etude du couplage élastique122
8.4 Exemples d'oscillateurs à deux degrés de liberté124
8.4.1 Fréquences propres d'un monte-charge124
8.4.2 Battements en régime libre127
Chapitre 9 L'amortisseur de frahm131
9.1 Définition et équations différentielles du système131
9.2 Régime permanent harmonique132
9.3 Cas limites de l'amortissement134
9.4 Optimisation de l'amortisseur de Frahm136
9.5 Exemples d'application138
9.6 Amortisseur de Lanchester141
Chapitre 10 Le concept d'oscillateur généralisé143
10.1 Définition et formes énergétiques de l'oscillateur généralisé143
10.2 Dérivation d'une forme quadratique symétrique Equations de
Lagrange144
10.3 Examen de cas particuliers146
10.3.1 Formes énergétiques de l'oscillateur à deux degrés de liberté146
10.3.2 Energie potentielle d'un système élastique linéaire148
10.3.3 Energie cinétique d'un système de masses ponctuelles149
Chapitre 11 Régime libre de l'oscillateur généralisé
conservatif153
11.1 Introduction153
11.2 Résolution du système par combinaison linéaire de solutions
particulières154
11.2.1 Recherche de solutions particulières154
11.2.2 Solution générale Modes propres155
11.2.3 Autres formes de l'équation caractéristique156
11.2.4 Résumé et commentaires Liaisons supplémentaires157
11.3 Résolution du système par changement de base158
11.3.1 Découplage des équations Coordonnées normales158
11.3.2 Problème aux valeurs propres160
11.3.3 Formes énergétiques Signe des valeurs propres161
11.3.4 Forme générale de la solution162
11.3.5 Indépendance linéaire et orthogonalité des vecteurs modaux162
11.3.6 Normalisation des formes propres163
11.4 Réponse à une excitation initiale164
11.5 Quotient de Rayleigh165
11.6 Exemples d'oscillateurs généralisés conservatifs168
11.6.1 Pendule triple symétrique168
11.6.2 Masses concentrées sur une corde172
11.6.3 Masses concentrées sur une poutre176
11.6.4 Etude du comportement d'une table de fraisage181
Chapitre 12 Régime libre de l'oscillateur généralisé
dissipatif189
12.1 Limites de l'analyse modale classique189
12.2 Régime libre dissipatif avec modes réels191
12.3 Réponse à une excitation initiale dans le cas de modes réels192
12.4 Cas général193
12.5 Equations de Hamilton du système195
12.6 Résolution du système différentiel199
12.6.1 Changement de base Espace des phases199
12.6.2 Problème aux valeurs propres200
12.6.3 Solution générale201
12.6.4 Orthogonalité des vecteurs modaux Normalisation203
12.7 Réponse à une excitation initiale dans le cas général204
12.8 Recherche directe de solutions particulières207
12.9 Autre forme de l'équation caractéristique208
Chapitre 13 Exemple de visualisation de modes propres
complexes211
13.1 Description du système211
13.2 Formes énergétiques Equation différentielle212
13.3 Isolation d'un mode214
13.3.1 Cas général214
13.3.2 Axes principaux de la trajectoire216
13.3.3 Système conservatif217
13.4 Application numérique217
13.4.1 Equations du mouvement217
13.4.2 Isolation du premier mode219
13.4.3 Isolation du second mode219
13.4.4 Système conservatif221
13.5 Résumé et commentaires223
Chapitre 14 Régime forcé de l'oscillateur généralisé225
14.1 Introduction225
14.2 Systèmes dissipatifs avec modes réels225
14.3 Systèmes dissipatifs dans le cas général227
14.4 Introduction à l'analyse modale expérimentale230
Bibliographie237
Index239
Liste des symboles245