Le développement relativement récent des moteurs électriques dans l'automobile nécessite de construire une expertise dans le secteur du bruit d'origine électromagnétique à travers des travaux de recherche. Le stator d'un moteur électrique joue un rôle prépondérant dans le comportement vibratoire du moteur. Le travail proposé se focalise sur la modélisation avancée de cette structure composée d'un empilement de plusieurs centaines de tôles d'acier agrafées. A l'aide d'essais expérimentaux, le comportement vibratoire d'un stator industriel est analysé afin de construire un modèle numérique représentatif de cette structure complexe avec prise en compte des incertitudes des propriétés matériaux. Le premier objectif est la modélisation numérique de l'amortissement le long du stator, correspondant à une dissipation de l'énergie observée expérimentalement. Le second objectif est de lier la variabilité observée expérimentalement du comportement vibratoire sur un échantillon de 10 stators aux paramètres incertains du modèle numérique.

Essais expérimentaux / Amortissement

Plusieurs montages expérimentaux et des tests avec marteau de choc ont été réalisés afin de définir le protocole expérimental pour caractériser la réponse vibratoire d'un stator industriel. Le stator est un empilement de tôles, il est composé de 5 paquets de tôles tournés à 90°. Plusieurs tests ont été effectués pour détecter si cette particularité avait un effet sur les FRFs. La procédure expérimentale a consisté à fixer un accéléromètre en un point et à exciter le stator en différents points le long de la circonférence externe du stator (direction axiale) en utilisant un marteau en distinguant les 5 paquets de tôles.

Les résultats de ces tests ont montré que l'orientation des paquets de tôles avait un effet sur les amplitudes des FRFs. A partir du troisième mode, il existe une relation entre l'amplitude des FRFs et la taille du paquet (nombre de tôles). Nous travaillons donc actuellement sur l'introduction de l'amortissement dans la modélisation numérique par éléments finis 3D du comportement vibratoire du stator.

Variabilité mesurée expérimentalement et modélisation numérique de la variabilité

La variabilité du comportement vibratoire sur un échantillon de 10 stators fournis par un industriel a été observée expérimentalement. Cette variabilité est essentiellement due au feuilletage de cette structure et donc aux propriétés matériau. Un modèle numérique par éléments finis 3D avec paramètres incertains a été développé pour représenter la variabilité des propriétés matériau.

 Un plan d'expérience a été développé pour lier la variabilité observée expérimentalement du comportement vibratoire sur l'échantillon de 10 stators aux paramètres incertains du modèle numérique à l'aide de simulations de Monte Carlo en contrôlant le nombre de tirages.

 Références

[1] F. Druesne, M.B. Boubaker, P. Lardeur, Fast methods based on modal stability procedure to evaluate natural frequency variability for industrial shell-type structures, Finite Elem. Anal. Des. 89 (2014) 93–106

[2] F. Druesne , J. Hallal , P. Lardeur , V. Lanfranchi , Modal stability procedure applied to variability in vibration from electromagnetic origin for an electric motor, Finite Elem. Anal. Des. 122 (2016) 61–74.

[3] H. Issa, N. Khishen, F. Druesne, J. Hallal, M. Hammoud, A. Hallal, Effects of Yoke Thickness Change on the Vibration Behavior of an Electric Machine, in: Rizk R., Awad M. (Eds) Mechanism, Machine, Robotics and Mechatronics Sciences. Mechanisms and Machine Science, Springer, Cham, 58(2018) 141-150.