Introduction à l’Acoustique GMP Excitations et réponses...

Acoustique GMP - L. POLAC – 8 avril 2013

Introduction à l’Acoustique GMP

Excitations et réponses vibratoires d’un GMP de 0 à 1000 Hz1ère partie

Cours d’acoustique GMP du 20 mars 2017Laurent POLAC


Sommaire

- Observation de sonagrammes de vibrations SMO 0-1000 Hz (Bourdonnement, Grondement, Présence et un peu plus…)

- Analyse détaillée du Bourdonnement et modèles explicatifs

* Analyse rapide du Grondement et de la Présence

* Préconisations et règles d’or pour la bande 0-700 Hz

QCM

Corrigé du QCM


3 Translations

3 Rotations

Les 6 mouvements de corps solide du GMP

(dof of rigid body)PILON

TAMIS longitudinal TAMIS

transversal

LACET (Yaw)

ROULIS (Roll) TANGAGE (Pitch) ou galop

Z

Y

X

Généralités

SMO1

SMO3

SMO2


Observation de sonagrammes

- SMO 0-1000 Hz (Bourdonnement, Grondement, Présence et +…)K4M710 74 PS4184

SMO1X volant origine (rigid flywheel) SMO1X volant souple (flexible flywheel)

(Booming)



- SMO 0-1000 Hz (Bourdonnement, Grondement, Présence et +…)

SMO1Z volant origine (rigide) SMO1Z volant souple



- SMO 0-1000 Hz (Bourdonnement, Grondement, Présence et +…)

SMO3Z volant origine (rigide) SMO3Z volant souple



- SMO 0-700 Hz (Bourdonnement, Grondement, Présence)


Effet de la raideur de la liaison vilebrequin-volant (L4)

Analyse d’un sonagramme-excitations

1er effet:(qualitatif)

modification de la forme modale

Mode shape change

2d effet:(quantitatif)décalage de fréquence

propreEigen frequency shift

(en tendance)



Dédoublement de fréquence propre par effet Doppler: formation de « V »

pour une pièce tournante vue du carter-cylindres

(pièce fixe)Ds le repère vilo: vecteur vitesse vibratoire

instantanée du volant = A cos ω0t i

Lorsque l’on projette i ds le repère CCYL, on obtient: A/2 [cos(ω0+Ω) t + cos(ω0−Ω) t] I

- A/2 [cos(ω0+Ω) t – cos(ω0-Ω) t] J

où

- i est un vecteur du plan volant tournant avec lui

- I et J sont des vecteurs du plan volant liés au CCYL

− ω0 est une fréquence propre de vibration de flexion

du volant

− Ω est le régime moteur (en radians s-1)

Effet de la raideur de la liaison vilebrequin-volant (L4)

(vu du repère fixe)


Forces d’explosionGaz forces

Fi

Ft

Ft

Forces d’inertieInertia forces

Bielle compressée (cycle explosion)

Compressed conrod

Bloc soumis à FG – FG = 0 Immobile en vertical

Moment créé en x par FT et – FT

Roulis « gaz »

Bielle tirée / Inertie du piston (cycle admission d’air)

Stretched conrod

Bloc soumis à la force d’inertie Fi

Mouvement vertical (pilon)

Moment créé en x par Ft et – Ft

Roulis « d’inertie »

FG

FG

FT

FT

Cas du moteur 4 cylindres

L

R

L

R

X

Z

X

Z

½ tour n°1 ½ tour n°2

ExplosionCompression EchappementAdmission

Durant 1 tour de vilebrequin (1/2 cycle thermodynamique) : 2 explosions Excitation fondamentale du 4 cylindres = H2

Les 2 moments de roulis «gaz » et « inertie » sont à chaque instant en opposition de phase.



-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

0 90 180 270 360 450 540 630 720

H1poste1 sin a

H1poste2 sin (a+180)

H2poste1 sin 2a

H2poste2 sin 2(a+180)

- Analyse détaillée du Bourdonnement 0-200 Hz / modèles explicatifsEffort de Pilon: Passage du monocylindre au moteur à 4 cylindres en ligne

Axe de symétrie

Sur H1, les composantes verticales se détruisent (ré sultante nulle): Σ Σ Σ Σ malt ΩΩΩΩ2 R cos ( αααα + φφφφi) = 0

Sur H2, les composantes verticales s’additionnent c omplètement :

ΣΣΣΣ malt ΩΩΩΩ2 R/λλλλ cos 2( αααα + φφφφi) = 4 malt ΩΩΩΩ2222 R/λλλλ cos 2 αααα

Angle vilebrequin


i=1

4

effort


- Analyse détaillée du Bourdonnement 0-200 Hz / modèles explicatifsMouvement de Pilon H2 : illustration mesure/calcul des niveaux

vibratoires pour quelques moteurs à 4 cylindres en ligne


SMO2Z - Calculs vs Mesures

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

H4Jt - Mesures

H4Jt - Calculs

K9Kst2 - Mesures

K9Kst2 - Calculs

M9Ra - Mesures

M9Ra - Calculs

M9Rk - Mesures

M9Rk - Calculs

M9Rb BVA - Mesures

M9Rb BVA - Calculs

V9X BVA - Mesures

V9X BVA - Calculs

Dép

lace

men

t vi

brat

oire

dB

µm

Régime rpm


- Cas du Bourdonnement bas régime / modèles explicatifsDécomposition du signal temporel de couple roulis gaz du monocylindre


-350

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

1500 180 360 540 720

Roulis H0 gaz

Roulis H0,5 gaz

Roulis H1 gaz

Roulis H1,5 gaz

Roulis H2 gaz

Roulis tot Gaz

Angle vilebrequin

Couple (Nm)

Couple moyen


- Cas du Bourdonnement bas régime / modèles explicatifsPassage du monocylindre à 4 cylindres en ligne


Couple (X50Nm)

Angle vilebrequin

Poste 1 Poste 4 La somme des 4 composantes de couple gaz H0,5 est nulle

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

0 180 360 540 720

Roulis H0,5poste1 sin 0,5a

Roulis H0,5poste4 sin (0,5(a+360))

0° 540° 180° 360°

Ordre d’allumage

Postes 1 et 4 déphasés de 360°donc couple gaz H0,5 p1+p4 = 0

Postes 2 et 3 déphasés de 360°donc couple gaz H0,5 p2+p3 = 0

Finalement couple gaz H0,5 résultant=0

Poste 2 Poste 3


-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 180 360 540 720

Roulis H1poste1 sin a

Roulis H1poste2 sin (a+180)

Somme

- Cas du Bourdonnement bas régime / modèles explicatifsPassage du monocylindre à 4 cylindres en ligne


Couple (X50Nm)

Angle vilebrequin

Poste 1 Poste 4 La somme des 4 composantes de couple gaz H1 est nulle

0° 540° 180° 360°

Ordre d’allumage

Postes 1 et 2 déphasés de 180°donc couple gaz H1 p1+p2 = 0

Postes 3 et 4 déphasés de 180°donc couple gaz H1p3+p4 = 0

Finalement couple gaz H1 résultant=0

Poste 2 Poste 3

Conclusion: le premier harmonique non nul du couple gaz en L4 est H2

(les contributions des 4 postes s’additionnent à 10 0%)


MOMENT DE ROULIS « GAZ » (forces d’explosion / combustion) moment porté par l’axe X augmente avec la PCyl. (maxi en pleine charge)

ROULISY

X

dB m/s2

RPM

Pleine charge

Faible charge

dB m/s2

RPM

2 moments de roulis en opposition de phase

dB m/s2

RPM

Pleine charge

Faible charge

MOMENT DE ROULIS « INERTIE » (inertie des masses alternatives) moment porté par l’axe X proportionnel à ω2 (ω=2πf = 2πN/60)

MOMENT RESULTANT

Z

Excitation Harmonique Fondamentale H2



- Cas du Bourdonnement bas régime / modèles explicatifsMouvement de Roulis H2 : illustration mesure/calcul des niveaux

vibratoires pour quelques moteurs à 4 cylindres en ligne


Poste 1 Poste 4

0° 540° 180° 360°

Ordre d’allumage

Poste 2 Poste 3

SMO2X - Calculs vs Mesures

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000

H4Jt - Mesures

H4Jt - Calculs

K9Kst2 - Mesures

K9Kst2 - Calculs

M9Ra - Mesures

M9Ra - Calculs

M9Rk - Mesures

M9Rk - Calculs

V9X BVA - Mesures

V9X BVA - Calculs

Dép

lace

men

t vi

brat

oire

dB

µm

Régime rpm


-Analyse détaillée du Bourdonnement haut régime 100-200 Hz / exemple d’un modèle explicatif (cf annexe 3 pour compléments)

Mouvement de Pilon H2 :

Analyse d’un sonagramme-réponse GMP

Influence de la

raideur de GMP (flexion)

Modèle générique

moteur

BV K4M-JB ZETEC 1.6

n°1

Excitation: pilon

Niveaux accélérométriques

(dB ms-2)

!Stiffener n°1

Stiffener n°1


- Analyse détaillée du Bourdonnement / Synoptique de la Physiquemoteur à 4 cylindres en ligne





100 200 300 fréquence

régime H0,5 H1 H2

H4

H3

Exemple de « beau »diagramme de Campbell« good Campbell diagram »

Mode de volant

3 premiers modes de GMP

Flexion Vcale

Flexion Htale TorsionFlywheel eigenfrequency3 first Pwt eigenfrequencies

Engine speed




100 200 300 fréquence

régime H0,5 H1 H2

H4

H3

Construire un exemple de « vilain » diagramme de Campbell « bad Campbell diagram »

Mode de volant

3 premiers modes de GMP

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