| JP3858432 | VIBRATION DAMPING METHOD OF CONNECTED STRUCTURE |
| JP58127759 | VIBRATION DAMPER |
| JP08258207 | LAMINATED STRUCTURE |
Angoulvant, François (11 rue de l'Eglise Saint Pierre des Bois, F-72430, FR)
Tsobnang, François (11 rue Réaumur Le Mans, F-72000, FR)
Challioui, Carole (13 rue de la Libération Courcemont, F-72110, FR)
Le Mehaute, Alain (90 bannière de Maupertuis Gif sur Yvette, F-91190, FR)
Angoulvant, François (11 rue de l'Eglise Saint Pierre des Bois, F-72430, FR)
Tsobnang, François (11 rue Réaumur Le Mans, F-72000, FR)
Challioui, Carole (13 rue de la Libération Courcemont, F-72110, FR)
| 1. | Dispositif amortisseur d'onde vibratoire d'amplitude variable ou non, destiné notamment à être interposé entre une structure vibrante et une structure fixe support, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'une poutre (1) ou d'une tranche de poutre (1) rigide dans l'axe de la fibre neutre et présentant, entre une surface incidente (2) et une surface rayonnante (3), des parois (4) de liaison rigides conformées pour présenter par construction géométrique des points (7) ou zones de faiblesse géométrique localisées assurant un maintien de la rigidité desdites parois dans l'axe de la fibre neutre tout en autorisant une déformation desdites parois déformables suivant deux directions (D1) opposées sous l'effet de l'onde (o) vibratoire appliquée à la surface (2) incidente, lesdites parois (4) de liaison sollicitant au cours de leur déformation au moins un élément (5) amortisseur, de préférence logé à l'intérieur de la poutre (1) ou de la tranche de poutre (1). |
| 2. | Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un élément (5) amortisseur est disposé entre lesdites parois (4) de liaison et/ou entre surface incidente (2) et surface rayonnante (3) et relie ces dernières entre elles. |
| 3. | Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins une composante de la déformation (D1) des parois (4) de liaison de la poutre (1) est perpendiculaire à la direction de l'onde (o) vibratoire appliquée à la surface incidente (2). |
| 4. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un élément (5) amortisseur constitue la liaison, en particulier le plan de joint, entre deux cloisons (6), de préférence chevauchantes, issues des parois (4) de liaison ou respectivement des surfaces incidente (2) et rayonnante (3). |
| 5. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que parois (4) de liaison, surfaces incidente (2) et rayonnante (3) et élément (5) amortisseur définissent en coupe deux polygones ouverts accolés par un de leurs côtés pour former à l'état assemblé une structure fermée. |
| 6. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que parois (4) de liaison, surfaces incidente (2) et rayonnante (3) et élément (5) amortisseur définissent en coupe deux trapèzes ouverts accolés par leur petite base ou leur grande base pour former à l'état assemblé une structure fermée. |
| 7. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément (5) amortisseur est soumis essentiellement à des forces de cisaillement par la déformation de la poutre ou de la tranche de poutre. |
| 8. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément amortisseur est un matériau viscoélastique. |
| 9. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément amortisseur est un organe oléopneumatique ou pneumatique. |
| 10. | Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la rigidité des parois (4) de liaison est comprise dans la plage [1 000200 000] N/mm. |
| 11. | Element, en particulier élément de construction, du type constitué d'un réseau de mailles élémentaires, caractérisé en ce que chaque maille élémentaire est constituée par un dispositif amortisseur conforme à l'une des revendications 1 à 10. |
Lorsqu'une paroi est soit soumise à une onde de pression incidente, soit mise en vibration par des moyens mécaniques, l'onde de pression incidente et/ou les vibrations se transmettent à travers la structure du matériau depuis la surface incidente jusqu'à la surface rayonnante. De manière analogue, lorsqu'une structure génère des vibrations, ces vibrations sont émises par les liaisons aux structures environnantes. Ces ondes transmises peuvent s'avérer gênantes et être génératrices de vieillissement prématuré.
De nombreux dispositifs ont donc été développés à ce jour pour réduire, voire éliminer les ondes transmises de manière à éviter à un dispositif vibrant de générer une onde vibro-acoustique dans le milieu qui l'entoure, en particulier par la liaison du dispositif vibrant aux structures environnantes.
Pour ainsi diminuer l'énergie vibratoire transmise par une paroi ou par une structure vibrante à son support, plusieurs solutions ont été développées à ce jour.
Certaines solutions consistent à utiliser des amortisseurs formés de blocs élastiques, tels que des blocs caoutchoucs, ou en matière de synthèse élastique dits"silent-blocks", aptes à séparer ou isoler l'élément en vibration de son support ou, inversement, l'élément porté de son support en vibration. L'inconvénient majeur de ces dispositifs est lié à leur absence de tenue dans le temps et à leur faible rigidité mécanique qui empêchent de les utiliser en tant que structure porteuse rigide. Or, dans certains cas, les liaisons entre la structure vibrante et son environnement, en particulier un support fixe, doivent posséder une rigidité importante. Par ailleurs, les capacités de filtrage de tels dispositifs sous forte charge sont faibles. En effet, bien que des tentatives de rigidification des blocs caoutchoucs aient été imaginées comme l'illustre le brevet FR-A-0.904.850, ces solutions ne donnent pas satisfaction car les parois latérales du bloc sont constituées de caoutchouc se déformant de manière aléatoire et amenant à la formation de parois latérales non rigides. Il en est de même dans la solution décrite dans le brevet US-A-3.575.403 dans lequel la structure est constituée d'emplacements élastomères en sandwich entre des surfaces rigides. La présence d'élastomères engendre la formation de parois latérales déformables et non rigides. Ainsi, lors d'une charge exercée à la surface supérieure de la structure, celle-ci se déforme de manière non linéaire, ce qui a pour conséquence un manque de fiabilité en charge dû au manque de rigidité verticale.
Une autre solution consiste à atténuer l'émission de vibrations par un dispositif incorporé en parallèle à la structure vibrante. Cette technique permet un amortissement intrinsèque de la structure extrêmement élevé sous charge faible. Un exemple de réalisation d'une telle structure est notamment décrit dans la demande internationale
WO/97.11451. De telles structures ne peuvent toutefois pas être utilisées en tant qu'élément d'interposition entre structure vibrante et support. Par ailleurs, de telles structures ne sont efficaces que dans le cas de vibrations normales aux parois émissives. Il existe enfin un autre type d'amortisseur dans lequel le matériau viscoélastique est remplacé par une géométrie adaptée dans laquelle flue un liquide. Tel est le cas du dispositif amortisseur décrit dans le brevet US-A-5.054.753 dans lequel le liquide peut mettre en compression un ressort. A nouveau, la rigidité suivant une composante parallèle à l'onde vibratoire appliquée à la surface incidente de la structure est faible et les déformations de cette structure incontrôlables.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif amortisseur d'onde vibratoire dont la conception permet d'être interposé entre structure vibrante et support en garantissant un maintien précis en position de la structure vibrante du fait de la rigidité du dispositif amortisseur tout en assurant un haut pouvoir de filtration des vibrations.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif amortisseur d'onde vibratoire présentant les avantages d'un bloc amortisseur caoutchouc traditionnel en terme d'absorption des filtrations tout en préservant une rigidité extrêmement importante.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif amortisseur d'onde vibratoire d'amplitude variable ou non, destiné notamment à être interposé entre une structure vibrante et une structure fixe support, caractérisé en ce qu'il se présente sous forme d'une poutre ou d'une tranche de poutre rigide dans l'axe de la fibre neutre et présentant, entre une surface incidente et une surface rayonnante, des parois de liaison rigides conformées pour présenter par construction géométrique des points ou zones de faiblesse géométrique localisées assurant un maintien de
la rigidité desdites parois dans l'axe de la fibre neutre tout en autorisant une déformation desdites parois suivant deux directions opposées sous l'effet de l'onde vibratoire appliquée à la surface incidente, lesdites parois de liaison sollicitant au cours de leur déformation au moins un élément amortisseur, de préférence logé à l'intérieur de la poutre ou de la tranche de poutre.
Grâce à la conception de ce dispositif amortisseur, ce dernier peut être interposé entre une structure vibrante et un support en assurant un maintien précis en position de la structure vibrante du fait de sa rigidité, tout en garantissant un haut pouvoir de filtration des vibrations entre structure vibrante et support.
Un tel dispositif amortisseur présente une structure capable d'associer un comportement rigide en dynamique et en statique à un comportement viscoélastique dans des domaines précis de basses fréquences.
L'invention a encore pour objet un élément, en particulier élément de construction, du type constitué d'un réseau de mailles élémentaires, caractérisé en ce que chaque maille élémentaire est constituée par un dispositif amortisseur du type précédent.
A titre d'exemples de réalisation, on pourra citer des planchers amortissants ou similaires.
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, en référence aux dessins annexes dans lesquels : la figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un dispositif conforme à l'invention ; les figures 2 à 4 représentent des vues schématiques en coupe correspondant à des variantes de réalisation
du dispositif amortisseur représenté à la figure 1.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, le dispositif amortisseur d'onde vibratoire d'amplitude variable ou non, objet de l'invention, est plus particulièrement destiné à être disposé entre une structure vibrante et un support de ladite structure. Il peut donc être utilisé en substitution de blocs amortisseurs élastiques utilisés notamment dans des industries navale, aéronautique, spatiale, automobile, ferroviaire. Ce dispositif se présente sous forme d'une poutre 1 ou d'une tranche de poutre 1 rigide dans l'axe de la fibre neutre. A titre d'exemple, cette structure pourra être réalisée en des matériaux métalliques, polymères et composites.
Cette poutre 1 ou tranche de poutre peut être creuse ou pleine et réalisée de manière symétrique ou non. Cette poutre ou tranche de poutre présente encore, entre une surface incidente 2 et une surface rayonnante 3, des parois 4 de liaison. Ces parois 4 de liaison, rigides dans l'axe de la fibre neutre pour conférer au dispositif sa rigidité, sont conformées pour être, sous 1'effet d'une onde o vibratoire, déformables suivant deux directions opposées représentées en D1 aux figures. A cet effet, les parois 4 de liaison présentent des points ou zones 7 de faiblesse rigides géométriquement localisées assurant un maintien de la rigidité desdites parois dans l'axe fibre neutre tout en autorisant une déformation suivant Dl. Ainsi, dans certains exemples représentés, ces parois 4 de liaison affectent la forme de dièdres, l'arête du dièdre constituant par construction la zone 7 de faiblesse, cette arête maintenue rigide suivant l'axe de la fibre neutre autorisant une déformation du dièdre suivant une direction D1 perpendiculaire à la direction de l'onde o vibratoire appliquée sur la surface incidente. En d'autres termes, les parois 4 latérales de liaison se déforment suivant une direction sensiblement parallèle à la surface incidente 2.
La déformation des parois 4 latérales due à la construction
et à la forme géométrique de ces parois 4 et à la présence des zones 7 de faiblesse permet de disposer de parois déformables de manière non aléatoire tout en maintenant une rigidité suivant l'axe de la fibre neutre.
Appliquée à la surface incidente 2, cette onde o vibratoire peut émaner notamment d'une structure vibrante quelconque, telle qu'une machine outil ou autre. Les déformations des parois 4 de liaison, sous 1'effet de cette onde o vibratoire seront des micro-déplacements compris entre la fraction de micron et le mètre en raison de la rigidité de la structure qui pourra être comprise dans la plage [1 000 -200 000] N/mm.
Pour obtenir une efficacité maximale en termes de filtrage, au moins une composante de la déformation 1 des parois 4 de liaison de la poutre 1 est perpendiculaire à la direction de l'onde o vibratoire appliquée à la surface incidente 2.
De manière caractéristique à l'invention, ces parois 4 de liaison sollicitent de préférence en cisaillement, au cours de leur déformation, au moins un élément 5 amortisseur. Cet élément 5 amortisseur est de préférence logé à l'intérieur de la poutre 1 ou de la tranche de poutre 1.
Dans les exemples représentés aux figures 1 à 3 correspondant à une solution préférée de l'invention, au moins un élément 5 amortisseur est dispose entre les parois 4 de liaison et relie ces dernières entre elles.
Dans un mode de réalisation encore particulier, au moins un élément 5 amortisseur constitue la liaison, en particulier le plan de joint, entre deux cloisons, de préférence chevauchantes, issues des parois 4 de liaison de la poutre 1.
Dans un autre mode de réalisation moins efficace et
représenté à la figure 4, au moins un élément 5 amortisseur est disposé entre surface incidente 2 et surface rayonnante 3 de la poutre 1. Dans ce cas, à nouveau, l'élément amortisseur 5 peut constituer la liaison, en particulier le plan de joint, entre deux cloisons, de préférence chevauchantes, issues des surfaces incidente 2 et rayonnante 3.
En fonction de son positionnement et de la conception géométrique des parois 4 de liaison, l'élément 5 amortisseur peut être soumis à des forces de cisaillement ou à des forces de traction ou de compression. La soumission à des forces de cisaillement est une solution préférée comme l'illustrent les figures car elle permet un filtrage plus important. De manière analogue, llensemble de la poutre 1 peut affecter un grand nombre de formes. Ainsi, paroi 4 de liaison, surfaces incidente 2 et rayonnante 3 et élément 5 amortisseur peuvent définir en coupe deux polygones ouverts accolés par un de leurs côtés pour former à l'état assemblé une structure fermée comme le montrent les figures 1,2 et 4. Dans l'exemple de réalisation de ces figures, paroi 4 de liaison, surfaces incidente 2 et rayonnante 3 et élément 5 amortisseur définissent deux polygones ouverts accolés par leur petite base (figure 2) ou par leur grande base (figures 1 et 4) pour former à l'état assemblé une structure fermée.
Bien évidemment, cette structure élémentaire peut encore être accolée à d'autres structures pour former par exemple un élément de construction tel qu'un plancher apte à supporter des efforts statiques importants et à filtrer les vibrations générées par les chocs subis. Toute autre application pourra bien évidemment être envisagée sur la base d'un tel assemblage. Dans ce cas, chaque maille élémentaire est constituée par un dispositif amortisseur du type précité.
L'élément 5 amortisseur peut également affecter un grand
nombre de formes. Dans les exemple de réalisation représentés, cet élément amortisseur est constitué par un matériau viscoélastique, tel qu'un polymère à base d'acrylique ou d'élastomères naturels ou synthétiques, à base de silicones, de phosphazènes.
Dans le cas des exemples représentés ou cet élément viscoélastique est utilisé comme plan de joint entre deux cloisons 6 chevauchantes issues des parois 4 de liaison, le matériau viscoélastique est soumis essentiellement à des forces de cisaillement par la déformation de la poutre ou de la tranche de poutre. Dans d'autres modes de réalisation, non représentés, l'élément amortisseur pourrait être encore constitué d'un organe oléo-pneumatique ou d'un organe pneumatique sans sortir du cadre de l'invention.
Dans tous les exemples représentés aux figures, la poutre 1 ou tranche de poutre 1 rigide a été représentée creuse.
Toutefois, elle pourrait être remplie d'un matériau viscoélastique ou de tout autre dispositif amortisseur. De meme, la section de cette poutre peut être quelconque à partir du moment où elle présente des parois de liaison rigides déformables sous l'effet d'une onde vibratoire appliquée à la surface incidente de ladite poutre comme l'illustrent toutes les figures.
Dans les exemples représentés, la poutre 1 est une structure symétrique dans laquelle les parois de liaison sont des parois géométriquement opposées. Toutefois, la symétrie ne constitue par une caractéristique obligatoire de l'invention.
La fabrication d'un dispositif amortisseur est extrêmement aisée. Ainsi, il suffit, dans les exemples de réalisation représentés aux figures 1 et 2, de disposer de deux polygones ouverts formés respectivement par exemple l un de la surface incidente, l'autre de la surface rayonnante
d'une partie des parois de liaison et d'au moins une cloison issue de la paroi de liaison. Il convient ensuite d'accoler les deux polygones ouverts, en l'occurrence les trapèzes, par un de leur côté d'une part au moyen d'un liaison rigide, d'autre part au moyen de l'élément viscoélastique constitutif de l'élément amortisseur, par exemple simplement par trempage de la structure dans un bain de matériau viscoélastique. Le dispositif amortisseur est alors achevé.
Ce dispositif amortisseur pourra être utilisé notamment comme élément d'interposition entre une structure vibrante (non représentée) et un support, ledit support ayant été représenté aux figures par des hachures. Les applications de ce dispositif sont nombreuses en particulier dans le domaine automobile en lieu et place ou complément des blocs caoutchouc et des amortisseurs, dans le domaine naval comme support ou lien de structure en vibration (ponts moteurs, arbre d'hélice) dans le domaine ferroviaire comme support de traverses de voies de chemin de fer, dans les structures de rail et enfin dans le domaine de l'aviation pour tout support ou lien rigide.