Parmi les méthodes appliquées dans le cadre de la maintenance des installations industrielles, l'analyse vibratoire constitue une des plus répandues. En effet, les signatures vibratoires apparaissant sur une installation en cours de fonctionnement sont étroitement liées à leur comportement dynamique et à leur état fonctionnel. Ce travail a pour objectif de développer et expérimenter des techniques et outils de calculs numériques pour l'interprétation d'indicateurs d'état issus de mesures vibratoires sur une machine tournante. La validation est faite sur un ensemble motoréducteur à engrenages. Pour cela, nous avons développé deux outils d'analyse numérique : un premier permettant de déterminer les caractéristiques modales d'une structure complexe puis un second, développé sur la base des ondelettes, pour détecter les défauts naissants sur un motoréducteur. Les performances relatives des différents outils sont comparées au regard de ce qui se fait dans la littérature. Enfin, une étude expérimentale sur banc d'essais a été menée dans le but de tester la sensibilité et les limites de la méthode. Le mémoire est articulé comme suit : une première partie développe les principales techniques vibratoires actuelles avec leurs performances et limites. De la deuxième partie traitant les théories et méthodes d'analyse modale découle une troisième présentant des méthodes améliorées. Dans la quatrième partie, une étude expérimentale sur banc d'essais a été menée dans le but de tester la sensibilité de la méthode. Une approche par la décomposition en ondelettes des signaux a été notamment utilisée. Il est démontré que cette méthode a une application intéressante dans le domaine des analyses vibratoires de structures complexes / Vibrations analysis appears to be one of the most efficient methods among those that are actually used in the field of preventive and condition-based maintenance of industrial equipments. Indeed, vibration signs from a working machine depend tightly on its dynamical behaviour and health. This thesis consists on developing some new techniques and numerical calculation tools which help while interpreting indicators issued from vibrations measurements of rotating machinery. Validation has been done especially on case study of a complex bench constituted by motor with gear transmission. Technically, it aims on one part in determining modal characteristics of the whole system, and on another part in finding out a reliable method for rotating machinery defaults detecting. The first part resumes main present vibrating techniques. From the second part which treats theoretical modal analysis arises a developing improved methods third one. At this step, some numerical codes permitting treatment and quick interpretation of analysis results were drawn up. On the fourth part, an experimental study on a test bed was carried out with the aim of confronting theoretical, analytical and numerical results with real ones.An approach by wavelet decomposition of signals was particularly used here. It is shown that this method has got interesting application in the field of complex structures vibration analysis

Parmi les méthodes appliquées dans le cadre de la maintenance des installations industrielles, l'analyse vibratoire constitue une des plus répandues. En effet, les signatures vibratoires apparaissant sur une installation en cours de fonctionnement sont étroitement liées à leur comportement dynamique et à leur état fonctionnel. Ce travail a pour objectif de développer et expérimenter des techniques et outils de calculs numériques pour l'interprétation d'indicateurs d'état issus de mesures vibratoires sur une machine tournante. La validation est faite sur un ensemble motoréducteur à engrenages. Pour cela, nous avons développé deux outils d'analyse numérique : un premier permettant de déterminer les caractéristiques modales d'une structure complexe puis un second, développé sur la base des ondelettes, pour détecter les défauts naissants sur un motoréducteur. Les performances relatives des différents outils sont comparées au regard de ce qui se fait dans la littérature. Enfin, une étude expérimentale sur banc d'essais a été menée dans le but de tester la sensibilité et les limites de la méthode. Le mémoire est articulé comme suit : une première partie développe les principales techniques vibratoires actuelles avec leurs performances et limites. De la deuxième partie traitant les théories et méthodes d'analyse modale découle une troisième présentant des méthodes améliorées. Dans la quatrième partie, une étude expérimentale sur banc d'essais a été menée dans le but de tester la sensibilité de la méthode. Une approche par la décomposition en ondelettes des signaux a été notamment utilisée. Il est démontré que cette méthode a une application intéressante dans le domaine des analyses vibratoires de structures complexes

Dans ce mémoire, nous avons cherché à exploiter au mieux la cyclostationnarité afin de faire ressortir toute l'information présente dans les signaux issus de machines tournantes. Les méthodes de prétraitement qui y sont présentées sont illustrées sur des signaux d'engrenage et de roulement.<br /><br /> Nous présentons tout d'abord la cyclostationnarité ainsi que ces diverses variantes. La caractérisation est faite suivant l'angle où les signaux sont naturellement cyclostationnaires. Ensuite, nous insistons plus longuement sur le devenir de la cyclostationnarité après échantillonnage temporel. Alors que les périodes cycliques sont certaines suivant l'angle, elles ne le sont plus nécessairement suivant le temps à cause des fluctuations de vitesse aléatoires. Dès lors, les propriétés de cyclostationnarité disparaissent. Nous introduisons alors le concept de cyclostationnarité floue pour caractériser un tel signal. De plus, afin d'induire la cyclostationnarité sur les signaux temporel, nous proposons des méthodes de re-échantillonnage en fonction de l'angle.<br /><br /> Après avoir présenté les outils basés sur la cyclostationnarité, nous nous intéressons à son utilisation sur des signaux mécaniques. Pour cela nous introduisons le concept de cycloergodisme qui étend l'ergodisme stationnaire au cas cyclostationnaire et nous permet d'utiliser une seule réalisation. Nous présentons également les différents outils à l'ordre $1$ et $2$ (variance, distribution Wigner-Ville ...). Un exemple de diagnostic sur un engrenage permet d'expliquer comment traiter les signaux contenant plusieurs périodes commensurables. Ensuite, nous illustrons la pseudo-quasi-cyclostationnarité floue à l'aide d'un signal composé d'engrènement et de roulement. Dans un premier temps, nous traitons de la séparation des contributions roues et roulement + bruit. Pour cela nous exploitons le caractère principalement périodique des signaux de roue et le caractère stochastique des signaux de roulement. Dans un deuxième temps, nous utilisons ensuite un filtre de Wiener Cyclique afin de réduire le bruit toujours présent dans la contribution du roulement.

La thèse est consacrée à la modélisation et à l'analyse par voie numérique de l'écoulement dans une pompe à vide turbomoléculaire hybride, combinant une succession d'étages de type rotor et stator et un Holweck. Une approche de type Test Particle Monte Carlo 3D a été développée pour des configurations de pompes industrielles (géométries complexes d'aubes, gestion des étages rotor et stator) dans un souci d'optimisation des coûts de simulation. L'outil numérique développé a été validé pour des configurations académiques et industrielles, en s'appuyant notamment sur des résultats expérimentaux obtenus grâce au banc d'essai de l'entreprise aVP. L'apport de l'approche TPMC3D par rapport aux méthodes de design disponibles en début de thèse a été clairement démontré pour le régime moléculaire libre. Quelques préconisations de design ont également pu être formulées en utilisant le code développé. Le potentiel d'une approche de type Direct Simulation Monte Carlo, prenant en compte les interactions entre molécules du gaz, a également été établi en 2D pour le régime de transition. / The thesis is devoted to the modeling and the numerical analysis of the flow in a turbomolecular vacuum pump of hybrid type, that is combining a succession of rotor and stator stages with an Holweck. A 3D Test Particle Monte Carlo approach has been developed for simulating industrial pump configurations (complex blade geometries, management of rotor and stator stages), with attention paid to the optimization of the computational cost. The numerical tool developed in the thesis has been validated for academic and industrial test cases, relying in particular on reference experimental results obtained on the test rig of the aVP company. The prediction improvement brought by the TPMC 3D approach with respect to the design tools available at the start of the thesis has been clearly demonstrated for the free molecular flow regime. Some design recommendations have also been formulated using the developed solver. The potential of a Direct Simulation Monte Carlo approach, taking into account the interactions between gas molecules, has also been established in 2D for the transition regime.

Les rotors sont excités non seulement par le balourd tournant mais aussi par les différents mouvements de leur support : turbocompresseurs de véhicules, turbomoteurs aéronautiques, pompes à vide portées en sont des exemples industriels. Ainsi la conception de rotors robustes capables de bien fonctionner sous de telles conditions (excitations extrêmes) est nécessaire pour éviter des instabilités, source de défaillance catastrophique. Le présent travail a pour objectif de prévoir le comportement dynamique d’un rotor embarqué monté sur des paliers rigides ou élastiques hydrodynamiques et soumis à des excitations du support rigide. Les énergies cinétiques et de déformation ainsi que le travail virtuel des composants d’un rotor flexible tournant sont calculés. Le modèle proposé de rotor embarqué est basé sur les éléments finis de poutre de TIMOSHENKO. Il contient les effets relatifs à l’inertie de rotation des sections droites, à l’inertie gyroscopique, à la déformation de cisaillement d’arbre et à la dissymétrie géométrique de l’arbre et/ou du disque rigide et considère six types de mouvements déterministes (rotations et translations) du support. Suivant le type d’analyse utilisé pour le palier, les forces de rappel hydrodynamiques agissant sur l’arbre et calculées avec l’équation de REYNOLDS sont linéaires/non linéaires. L’utilisation des équations de LAGRANGE fournit les équations différentielles linéaires/non linéaires du mouvement du rotor embarqué en flexion par rapport au support mobile supposé rigide, qui représente un système de coordonnées non inertiel. Les équations du mouvement contiennent des termes paramétriques périodiques en raison de la dissymétrie géométrique du rotor et des termes paramétrique variables dans le temps en raison des rotations du support. Ces termes paramétriques sont considérés comme des sources d’excitation intérieure et conduisent à une instabilité dynamique latérale. Dans les applications numériques proposées, trois configurations de rotor embarqué sont analysées. Tout d’abord, un rotor symétrique monté sur des paliers rigides est soumis à un balourd combiné avec des mouvements de rotation constante et de translation sinusoïdale du support. Ensuite, un rotor avec une dissymétrie géométrique du disque monté sur des paliers rigides est excité par l’effet de balourd et par des mouvements combinés de rotation constante et de translation sinusoïdale du support. Enfin, un rotor symétrique monté sur des paliers hydrodynamiques est soumis au balourd et aux excitations sinusoïdales de rotation ou de translation du support. / Rotors are excited not only by the rotating mass unbalance but also by the different motions of their support: vehicle turbochargers, aircraft turbo-engines, carried vacuum pumps, are different industrial applications. Thus the design of robust rotors able to run well under such conditions (extreme excitations) and to avoid catastrophic failure is required. The present work aims to predict the dynamic behavior of an on-board rotor mounted on rigid or elastic hydrodynamic journal bearings and subjected to rigid support excitations. The kinetic and strain energies as well as the virtual work of the rotating flexible rotor components are computed. The proposed on-board rotor model is based on TIMOSHENKO beam finite elements. It includes the effects relative to the rotating inertia, the gyroscopic inertia, the shear deformation of shaft as well as the geometric asymmetry of shaft and/or rigid disk and considers six types of deterministic motions (rotations and translations) of the support. Depending on the type of analysis used for the bearing, the restoring fluid film forces acting on the shaft and computed with the REYNOLDS equation are linear/non-linear. The use of LAGRANGE’s equations yields the linear/non-linear differential equations of vibratory motion of the on-board rotor in bending with respect to the moving rigid support which represents a non-inertial reference frame. The equations of motion contain periodic parametric coefficients because of the geometric asymmetry of the rotor and time-varying parametric coefficients because of the support rotations. These parametric coefficients are considered as sources of internal excitation and can lead to lateral dynamic instability. In the proposed numerical application examples, three rotor configurations are studied. Firstly, a symmetric rotor mounted on rigid bearings is subjected to rotating mass unbalance combined with constant rotation and sinusoidal translation of the support. Secondly, a rotor with geometric asymmetry due to the disk mounted on rigid bearings is excited by the mass unbalance effect and by the combination of a constant rotation and a sinusoidal translation of the support. Thirdly, a symmetric rotor mounted on linearized/non-linear hydrodynamic bearings is subjected to the excitation due to the mass unbalance and to the sinusoidal rotational or translational excitations of the support.