
Introduction
La notion de vibration se retrouve dans énormément de domaines physiques : mécanique, électricité, optique, acoustique... Quant
aux vibrations mécaniques, celles-ci apparaissent dans toutes les structures : constructions en génie civil, éléments de machinerie,
automobile, aéronautique, etc. On a longtemps étudié ces vibrations dans le but de les atténuer voire les supprimer afin de résoudre
des problèmes de bruit, de confort et de tenue en fatigue.
L’étude de base est celle d’un système à un degré de liberté pour déterminer ses fréquences de résonance, ses amortissements, ses
réponses à une excitation que l’on peut ensuite étendre sur N degrés.
1 Vibration des systèmes mécaniques à un degré de liberté
1.1 Représentation et équation du mouvement
1.1.1 Représentation
x
ressort k
amortisseur c
masse m−kx(t)
−c˙x(t)
f(t)
m
Ce système est le plus simple : il consiste en une seule équation différentielle du second degré à un degré de liberté.
On néglige la masse du ressort et de l’amortisseur. On repère toujours la position xpar rapport à la position d’équilibre. La masse est
soumise aux forces (−kx(t)−c˙x(t) + f(t))−→
xet aux forces de guidage supposées orthogonales à −→
x.
1.1.2 Equation du mouvement
Le principe fondamental de la dynamique donne m¨x(t) = −kx(t)−c˙x(t) + f(t)
Ou encore m¨x(t) + c˙x(t) + kx(t) = f(t)avec
m: masse du système
c: coefficient d’amortissement visqueux
k: raideur du ressort
f(t): effort appliqué à la masse = force d’excitation
On peut définir deux régimes vibratoires : f(t) = 0 : vibrations libres (régime transitoire)
f(t)6=0 : vibrations forcées (régime permanent)
Dans le cas des vibrations forcées, l’excitation peut être :
harmonique/sinusoïdale
t
f
périodique
t
f
quelconque non aléatoire
t
f
aléatoire
Son comportement est défini
par des lois de probabilité.
En termes d’accélération, l’équation s’écrit aussi :
¨x(t) + 2aω0˙x(t) + ω2
0=1
mf(t)avec
ω2
0=k
m:ω0pulsation propre du système conservatif associé (équation si c=0)
f0=ω0
2π: fréquence propre du système conservatif associé
2aω0=c
m:acoefficient d’amortissement réduit
En termes de déplacement, on a m
k¨x(t) + c
k˙x(t) + x(t) = 1
kf(t) = xe
1.2 Régime de vibration libre : f(t) = 0
Pour résoudre l’équation différentielle, on va chercher des solutions x(t) = Xest
Celles-ci donnent l’équation caractéristique s2+2aω0s+ω2
0=0 avec ∆=4ω2
0a2−1
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