Calcul de vibration de torsion – propulsion maritime

Les vibrations torsionnelles sont inhérentes au fonctionnement des moteurs à combustion interne et aux systèmes de transmission de puissance. Dans le domaine maritime, elles constituent l’un des phénomènes vibratoires les plus critiques pour la ligne d’arbre, le vilebrequin et les composants associés.

Une analyse insuffisante peut conduire à des contraintes excessives, à l’apparition de vitesses critiques dans la plage de fonctionnement, voire à des avaries majeures. Les calculs de vibrations torsionnelles (TVC) sont donc indispensables dès la phase de conception des systèmes de propulsion maritime.

Un calcul de vibrations de torsion (TVC) consiste à modéliser le comportement dynamique en torsion d’un système de transmission de puissance, depuis le moteur jusqu’à l’hélice.

Les TVC sont essentielles en propulsion maritime

Les vibrations torsionnelles sont généralement les plus dommageables pour les systèmes de propulsion. Contrairement à d’autres phénomènes vibratoires, elles peuvent engendrer des contraintes alternées élevées dans les arbres et le vilebrequin, conduisant à de la fatigue mécanique. Les TVC permettent notamment de :

• vérifier la conformité aux exigences des sociétés de classification,

• éviter l’apparition de zones de régime interdites dans la plage d’exploitation,

• valider le choix des accouplements et dispositifs d’amortissement,

• sécuriser la conception avant construction, lorsque les corrections restent possibles,

• évaluer l’impact de l’intégration d’un nouvel équipement sur la ligne de transmission de puissance d’un navire existant.

Éléments analysés

Les calculs de vibrations torsionnelles réalisés par HEXAMECA portent sur l’ensemble du système de propulsion, notamment :

• moteur principal et vilebrequin,

• accouplements (rigides ou élastiques),

• arbres intermédiaires et arbre porte-hélice,

• hélice et inerties associées,

• dispositifs d’amortissement éventuels.

Méthodologie de calcul

Les TVC sont réalisées à l’aide de modèles numériques dédiés, basés sur la méthode des éléments finis appliquée à la dynamique de rotation. La méthodologie comprend généralement :

• la construction du modèle dynamique torsionnel,

• le calcul des fréquences propres et modes de vibration,

• l’analyse des réponses vibratoires sur la plage de fonctionnement,

• l’évaluation des contraintes dans les composants critiques,

• l’identification des mesures correctives éventuelles.

Les calculs sont réalisés en tenant compte des variations de raideur et d’amortissement en fonction du régime moteur.

Résultats et livrables

À l’issue de l’étude, HEXAMECA fournit :

• les fréquences propres et vitesses critiques du système,

• l’évaluation des contraintes vibratoires,

• l’identification des zones de fonctionnement sûres ou interdites,

• des recommandations de conception (choix d’accouplement, ajustement d’inerties, amortisseur, etc.),

• une documentation exploitable pour les échanges avec les sociétés de classification.