Le Directeur - Université d`Orléans

Surveillance des machines tournantes par analyse vibratoire
en régime variable
Directeur de thèse : Philippe Ravier
Equipe d'accueil : Laboratoire PRISME, axe SIGNAL, Université d’Orléans
Thématique :
Traitement du signal, analyse vibratoire, machines tournantes
Exposé du sujet (en langage vulgarisé) :
Contexte de la thèse
L’analyse vibratoire est depuis longtemps utilisée dans l’industrie pour le diagnostic des machines. Toute
détérioration d’un organe de la machine altère les vibrations produites par cette machine en fonctionnement.
Détecter ces modifications permet donc de surveiller la machine sans avoir à la mettre à l’arrêt. Bien que des
méthodes de détection et de diagnostic déjà éprouvées existent pour certains composants, comme les
roulements ou les engrenages, de nombreux problèmes n’ont pas encore été résolus et restent des sujets de
recherche d’actualité. On peut citer les problèmes posés par le mélange des vibrations de plusieurs organes,
la détection précoce, l’évaluation de la gravité des défauts, le pronostic et la surveillance en régime
variable.
Ce dernier problème est crucial pour ce qui concerne la surveillance des éléments tournants sur les
éoliennes, dans les véhicules automobiles (boîte de vitesse, moteur), en aéronautique (turboréacteur)…
L’équipe a initié des travaux sur ce sujet depuis plusieurs années, qui ont donné lieu aux publications [1, 2,
3, 5, 6].
Sujet
C’est donc la surveillance des machines tournantes en régime variable, encore peu explorée à ce jour, qui
fait l’objet du sujet proposé. La plupart des méthodes de surveillance et de diagnostic ont été développées
pour des machines tournantes en régime stationnaire. Ces conditions d’expérimentation particulières
assurent en effet que les vibrations sont soit stationnaires, soit cyclostationnaires. On peut ainsi appliquer les
techniques classiques de traitement du signal développées dans l’un de ces deux cadres théoriques [4, 7, 8,
9]. Or, la stationnarité n’est pas toujours satisfaite, en particulier sur les véhicules, et par ailleurs en ignorant
le régime variable, on pourrait se priver d’informations pertinentes pour le diagnostic.
En effet, la plupart des organes mécaniques produisent des vibrations dont les caractéristiques sont liées au
régime par des paramètres dépendant de leur géométrie. Cette relation peut être complexe et il arrive qu’elle
soit mise en évidence par une variation de régime plutôt que par un fonctionnement en régime stable. On
peut citer par exemple le cas d’un roulement inter arbre assurant l’interface entre deux parties qui tournent à
des régimes différents. Un autre phénomène intéressant est qu’en régime variable, les vibrations des
différents organes viennent tour à tour exciter la fréquence de résonance de la machine qui, elle, reste fixe.
Ainsi, chaque organe est mis en évidence à un régime particulier.
Le sujet portera sur les possibilités d’extension au régime variable de techniques classiques en régime
stable aussi bien que sur la possibilité de développer des outils spécifiques au régime variable.
L’équipe signal dispose d’un banc d’essai de roulements qui a été rénové dans la perspective d’effectuer
des mesures en régime variable. Une application labview permet d’envoyer un scénario de commande
prédéfini quelconque, variations de régime linéaires ou autres, et de déclencher l’acquisition des vibrations
au moment opportun.
Encadrement : Cécile Capdessus, Michel Haritopoulos, Edgard Sekko.
Financement prévu pour le fonctionnement de la thèse : Allocation ministérielle
Niveau requis : Master 2 recherche en traitement du signal et des images ou en mécanique vibratoire.
Compétences demandées : bon niveau théorique et bonnes connaissances sur la chaîne de mesure. Des
connaissances en mécanique seraient appréciées.
Candidatures : Prière d’envoyer aux contacts ci-dessous avant le 15 mai 2015 un dossier de candidature
sous la forme d’un fichier pdf comprenant les éléments suivants :
• CV,
• Copie des diplômes et notes de master,
• lettre de motivation,
• lettre(s) de recommandation,
• et s’il y a lieu, liste de publications.
Contacts :
• [email protected]
• [email protected]
• [email protected]
• [email protected]
Bibliographie
[1] J. ROUSSEL, M. HARITOPOULOS, E. SEKKO, C. CAPDESSUS, AND J. ANTONI, Application of Speed Transform to
the diagnosis of a roller bearing in variable speed, Surveillance 7, Chartres, France, October 29-30, 2013.
[1] C. CAPDESSUS, E. SEKKO, J. ANTONI,
Speed Transform, a New Time-Varying Frequency Analysis Technique,
Invited keynote lecture, Proceedings of the third International Conference on Condition Monitoring of Machinery in
Non-Stationary Operations CMMNO 2013, Ferrara, Italy, 2013, Springer-Verlag,pp. 23-35.
[3] E. SEKKO, C. CAPDESSUS, Y. SIDIBE, H∝ Filtering Order Tracking, in Proc International Conference on
Surveillance 6, Compiègne, France, November 2011.
A. K. NANDI, Extraction of a cyclostationary source using a new cost function without prewhitening, in Signal Processing, (2011) 91(11) 2497-2505.
[4] C. CAPDESSUS,
[5] Z. DAHER, E. SEKKO, J. ANTONI, C. CAPDESSUS, L. ALLAM,
Estimation of the synchronous average under varying
rotating speed condition for vibration monitoring, in Proc International Conference on Noise and Vibration
Engineering(ISMA2010), September 2010, pp 2779-2736.
[6] Z. DAHER, E. SEKKO,
Diagnosis of rolling element bearings under unknown varying rotating speed, in Proc 16th
International Congress on Sound and Vibration 2009, Krakow, Poland, July 2009.
[7] E. SEKKO, Z. DAHER,
Estimation of the envelope modulating signal for gearbox failure diagnosis using H∝
estimation ", in Proc 16th International Congress on Sound and Vibration 2009 (ICSV 16), Krakow, Poland, July
2009, Paper 630.
[8] E. SEKKO, RB. RANDALL, C. CAPDESSUS,
Gear tooth crack detection by a state space model approach, in Proc
COMADEM 2007, Faro, Portugal.
[9] C. CAPDESSUS, M. SIDAHMED, J. L. LACOUME,
Cyclostationary processes : application in gear faults early
diagnosis, in Mechanical Systems and Signal Processing (2000) 14(3), 371-385.
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