Les vibrations de torsion se produisent en raison d’un déséquilibre dans les systèmes rotatifs, tels qu’un désalignement d’un arbre rotatif ou un accouplement faible qui permet de petits mouvements indésirables le long de l’axe de rotation. Les pièces sont conçues pour tourner à une vitesse constante ou, parfois, nécessaires pour accélérer ou ralentir. Moins une pièce en rotation subit de vibrations brusques ou aléatoires pendant son fonctionnement, plus sa durée de vie est longue. De nombreux composants de torsion sont conçus avec des matériaux capables de résister aux dommages de torsion à long terme, également appelés fatigue de torsion. Sans tests adéquats sous charge vibratoire, les pièces en rotation pourraient se fissurer, tomber en panne de manière catastrophique, endommager les périphériques, voire tuer l’opérateur de la machine.
Les tiges rotatives, faisant généralement partie d’un groupe motopropulseur, telles que les arbres de transmission, les arbres à cames, les vilebrequins, les arbres de transmission et les broches subissent des vibrations de torsion lorsqu’elles transmettent la puissance d’une certaine forme de dispositif de génération. De tels arbres rotatifs sont construits avec des matériaux ductiles, tels que des métaux qui ont une plus grande ténacité à la rupture – résistance à la fissuration. Les pièces métalliques rotatives se rompent par fissuration lente à partir de la surface où la contrainte de torsion est la plus importante et où les fissures sont les plus faciles à identifier. Des fissures peuvent également se développer à partir d’accouplements rotatifs, de défauts de surface à l’intérieur des trous de fixation. Les fissures terminales au niveau des surfaces de rupture se développent dans un plan approximatif perpendiculaire à la longueur de l’arbre rotatif et autour de l’axe central.
Un exemple simple de vibration de torsion est un panneau routier dans un vent constant. Les supports et supports qui maintiennent les panneaux dans des conditions normales ne sont pas conçus pour résister aux mouvements de rotation. Lors d’une tempête, les panneaux de signalisation vont et viennent dans le vent sous l’influence des vibrations de torsion. Même de très grands panneaux peuvent être arrachés de leurs amarres, devenant des éclats d’obus pour les imprudents pris dans un ouragan.
Des vibrations de torsion peuvent se produire avec des géométries de résonance spécifiques de l’arbre ou lorsque les vitesses de rotation sont élevées, dépassant une certaine valeur limite. À ce stade, la rotation autour de l’axe de l’arbre devient dynamiquement instable et des vibrations dommageables s’ensuivent. Ces vibrations aléatoires, en contradiction avec le mouvement continu normal de l’arbre, ouvrent des fissures dans le métal et sont les principales causes de défaillance des pièces en rotation.
Si une partie d’un composant rotatif mince, par exemple une aube de turbine, subit une défaillance catastrophique à cause d’une fissure traversante, cela peut entraîner des déséquilibres plus importants qui pourraient détruire des systèmes électriques entiers. La raison pour laquelle les vibrations de torsion sont difficiles à expliquer est qu’il est compliqué d’appliquer des charges de torsion périodiques pendant les essais. Aujourd’hui, les arbres sont conçus avec des outils analytiques pour optimiser les longueurs et les diamètres des arbres afin de minimiser les vibrations de torsion.