EP1441327A1 - Mechanical structure having a modifiable vibratory property - Google Patents

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EP1441327A1
EP1441327A1 EP03293329A EP03293329A EP1441327A1 EP 1441327 A1 EP1441327 A1 EP 1441327A1 EP 03293329 A EP03293329 A EP 03293329A EP 03293329 A EP03293329 A EP 03293329A EP 1441327 A1 EP1441327 A1 EP 1441327A1
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Abstract

The structure, e.g. in the form of a panel with honeycomb cells (3) between two surface skins (1, 2), has at least some of the cells filled with a supple and heavyweight polymer material (5) e.g. containing a high-density filler such as metal and/or mineral particles. The polymer has a density of between 3 and 10, and a modulus of between 104 and 107 Pa.

Description

La présente invention concerne une structure mécanique dont on utilise une propriété acoustique, par exemple la fréquence critique ou bien la réponse de la structure à une vibration transmise par une structure porteuse.The present invention relates to a mechanical structure of which we use an acoustic property, for example the critical frequency or the response of the structure to a vibration transmitted by a structure carrier.

Il est souvent intéressant de pouvoir faire varier l'impédance d'une structure pour modifier une propriété vibratoire utile telle que son comportement vibratoire propre et/ou son rayonnement acoustique.It is often interesting to be able to vary the impedance of a structure to modify a useful vibratory property such as its proper vibrational behavior and / or its acoustic radiation.

Pour ce faire on agit souvent sur la raideur de la structure en des points judicieux. Cette action se fait à l'aide de raidisseurs qui modifient parallèlement la masse de la structure.To do this, we often act on the stiffness of the structure in judicious points. This action is done using stiffeners which modify the mass of the structure.

Ces actions combinées n'ont pas toujours des effets allant dans le même sens. Il est donc souhaitable de disposer d'un moyen amélioré pour réaliser ces modifications d'impédance.These combined actions do not always have effects ranging in the same way. It is therefore desirable to have an improved means to make these impedance changes.

L'idée de base de l'invention est d'agir uniquement sur le terme massique tout en modifiant de façon très faible voire nulle le terme lié à l'élasticité, ceci étant obtenu à l'aide d'un élément en un matériau à la fois lourd et souple.The basic idea of the invention is to act only on the mass term while modifying the term related to elasticity, this being obtained using an element made of one material at a time heavy and flexible.

L'invention concerne ainsi une structure mécanique présentant au moins une propriété vibratoire, caractérisée en ce qu'elle présente au moins un élément modificateur de ladite propriété vibratoire qui est un polymère souple et lourd comportant par exemple des charges massiques, et qui est solidaire d'une région de la structure.The invention thus relates to a mechanical structure having at least one vibratory property, characterized in that it has at least one modifier of said vibratory property which is a flexible and heavy polymer comprising for example fillers mass, and which is integral with a region of the structure.

Le polymère souple présente avantageusement un module compris entre 104 et 107 Pa, et de préférence entre 105 et 106 Pa.The flexible polymer advantageously has a modulus of between 10 4 and 10 7 Pa, and preferably between 10 5 and 10 6 Pa.

Le polymère souple chargé par lesdites charges massiques présente avantageusement une densité supérieure à 2 et inférieure ou égale à 10 et de préférence comprise entre 3 et 10. Les charges présentent avantageusement une densité comprise entre 3 et 18 et une dimension comprise entre 10 µ et 2000 µThe flexible polymer charged by said mass loads advantageously has a density greater than 2 and less than or equal to 10 and preferably between 3 and 10. The charges have advantageously a density between 3 and 18 and a dimension between 10 µ and 2000 µ

Selon une première variante, la structure est caractérisée en ce qu'elle est au moins en partie constituée par un panneau du type nid d'abeille comprenant deux plaques externes entre lesquelles est disposé un réseau d'alvéoles et en ce qu'au moins certaines desdites alvéoles sont remplies d'un dit élément en polymère souple et lourd. According to a first variant, the structure is characterized in what it is at least partly constituted by a panel of the nest type bee comprising two external plates between which is disposed a network of cells and in that at least some of said cells are filled with a so-called flexible and heavy polymer element.

Selon une deuxième variante, la structure est caractérisée en ce qu'elle est constituée par un cadre porteur présentant au moins une ouverture dans laquelle est encastrée ou fixée une plaque et en ce qu'il présente au moins une bande ou au moins une plaque en un dit polymère souple et lourd qui est fixé sur au moins une partie du pourtour d'au moins une dite plaque. En particulier, au moins une plaque en polymère souple et lourd peut être fixée sur un coin de la plaque qui est encastrée ou fixée sur le cadre porteur.According to a second variant, the structure is characterized in what it consists of a supporting frame having at least one opening in which a plate is embedded or fixed and in that it has at least one strip or at least one plate of said polymer flexible and heavy which is fixed on at least part of the periphery of at least a so-called plaque. In particular, at least one flexible polymer plate and heavy can be fixed on a corner of the plate which is embedded or fixed on the supporting frame.

Selon une troisième variante, la structure est caractérisée en ce qu'elle présente au moins un trou de fixation ménagé autour d'une région de la structure et en ce qu'elle présente au moins un anneau en un dit polymère souple chargé solidaire de la structure et entourant ledit trou de fixation.According to a third variant, the structure is characterized in that it has at least one fixing hole formed around a region of the structure and in that it has at least one ring in one said flexible charged polymer integral with the structure and surrounding said hole fixation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description détaillée ci-après en liaison avec les dessins dans lesquels :

  • les figures 1 à 3 illustrent trois variantes de réalisation de l'invention ;
  • et les figures 4 et 5 illustrent l'amélioration acoustique de la structure de la figure 3 dans deux conditions d'excitation.
Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description below in conjunction with the drawings in which:
  • Figures 1 to 3 illustrate three alternative embodiments of the invention;
  • and FIGS. 4 and 5 illustrate the acoustic improvement of the structure of FIG. 3 under two conditions of excitation.

La figure 1 montre un panneau en nid d'abeilles ("nida") qui présente deux plaques 1 et 2 entre lesquelles est pris en sandwich un réseau 3 d'alvéoles hexagonales 4. Un certain nombre d'alvéoles ont été remplies avec un polymère de très faible module (par exemple compris entre 104 et 107 Pa et de préférence entre 105 et 106 Pa) chargé à l'aide de charges lourdes, par exemple des particules métalliques et/ou minérales de dimensions comprises par exemple entre 0,01 mm et 2 mm. La densité des charges doit être supérieure à celle des charges (fibres de verre ou de carbone) habituellement utilisées comme charges de renfort mécanique du caoutchouc. On obtient un changement du comportement vibratoire du panneau en nid d'abeille et une modification de la fréquence critique de ce panneau. Le choix du nombre d'alvéoles est un paramètre permettant l'adaptation. Le choix de l'emplacement des alvéoles 4 remplies de matériau 5 permet une localisation de l'effet obtenu.Figure 1 shows a honeycomb panel ("nida") which has two plates 1 and 2 between which is sandwiched a network 3 of hexagonal cells 4. A number of cells have been filled with a polymer very low modulus (for example between 10 4 and 10 7 Pa and preferably between 10 5 and 10 6 Pa) loaded with heavy loads, for example metallic and / or mineral particles of dimensions for example between 0.01 mm and 2 mm. The density of the fillers must be greater than that of the fillers (glass or carbon fibers) usually used as mechanical reinforcing fillers for rubber. We obtain a change in the vibratory behavior of the honeycomb panel and a modification of the critical frequency of this panel. The choice of the number of cells is a parameter allowing adaptation. The choice of the location of the cells 4 filled with material 5 allows localization of the effect obtained.

La figure 2 montre une plaque 10 présentant un trou de fixation 11. La plaque 10 peut être une patte de fixation d'une structure mécanique ou plus généralement une région d'une structure mécanique qui peut être fixée grâce à un trou de fixation 11.Figure 2 shows a plate 10 having a hole fixing 11. The plate 10 can be a fixing lug of a structure mechanical or more generally a region of a mechanical structure which can be fixed using a fixing hole 11.

Selon l'invention, on fixe sur la plaque 10 un anneau 12 en polymère souple comportant des charges massiques de manière à entourer le trou de fixation 11. De préférence, l'anneau 12 est concentrique au trou de fixation 11. L'effet obtenu est une modification locale de l'impédance mécanique qui se traduit par une réflexion des ondes vibratoires entrant dans le panneau par ce point. Les vibrations communiquées à la plaque 10 par un élément de fixation 14 (représenté en pointillés) sont ainsi atténuées par l'anneau 12 dont la masse permet d'adapter la gamme de fréquences d'atténuation.According to the invention, a ring 12 is fixed to the plate 10. flexible polymer comprising mass charges so as to surround the fixing hole 11. Preferably, the ring 12 is concentric with the fixing hole fixation 11. The effect obtained is a local modification of the impedance mechanical which results in a reflection of the vibratory waves entering the panel by this point. The vibrations communicated to the plate 10 by a fastening element 14 (shown in dotted lines) are thus attenuated by the ring 12 whose mass makes it possible to adapt the frequency range mitigation.

La structure représentée à la figure 3 présente des plaques 21 qui sont encastrées à leur périphérie dans des ouvertures 22 d'un cadre porteur 23 en treillis. Les plaques 21 sont par exemple des panneaux de fuselage d'avion encastrés entre les cadres et les lisses. Une ou plusieurs bandes étroites 24 (par exemple de largeur 5 à 10 mm et de hauteur 2 à 4 mm) en un matériau lourd et souple tel que défini ci-dessus sont collées à la périphérie de ces plaques, c'est-à-dire au voisinage immédiat de l'interface entre la plaque 21 et du cadre porteur 23 sur au moins une partie de leur pourtour. L'effet obtenu est une atténuation du rayonnement acoustique généré par la plaque lorsqu'elle est transmise par la structure porteuse (figure 4) excitée par exemple mécaniquement en un point (figure 5). Selon la fréquence, l'atténuation obtenue est comprise entre 0 dB et 10 dB (à 100 Hz) dans le cas de la figure 4 et entre 0 dB et 9 dB (à 2000 Hz) dans le cas de la figure 5. Au moins un coin de la plaque 21 peut recevoir une plaque en matériau lourd et souple collée, fixée par exemple par collage.The structure shown in Figure 3 has plates 21 which are embedded at their periphery in openings 22 of a frame carrier 23 in lattice. The plates 21 are for example panels of fuselage of aircraft embedded between the frames and the rails. One or more narrow strips 24 (for example, width 5 to 10 mm and height 2 to 4 mm) made of a heavy and flexible material as defined above are bonded to the periphery of these plates, i.e. in the immediate vicinity of the interface between the plate 21 and the supporting frame 23 on at least part of their periphery. The effect obtained is an attenuation of the acoustic radiation generated by the plate when it is transmitted by the supporting structure (figure 4) for example mechanically excited at a point (Figure 5). According to frequency, the attenuation obtained is between 0 dB and 10 dB (at 100 Hz) in the case of Figure 4 and between 0 dB and 9 dB (at 2000 Hz) in the case of the Figure 5. At least one corner of the plate 21 can receive a plate in heavy and flexible material glued, fixed for example by gluing.

Un autre exemple d'application est celui de la modification de la fréquence critique acoustique d'un panneau par collage localement de plaques en un matériau à la fois lourd et souple. Cette fréquence critique dépend de la masse et de la raideur du panneau. Toute action sur l'un de ces facteurs entraíne une action sur l'autre dont l'effet peut être antagoniste selon la gamme de fréquence. L'adjonction de plaques en matériau lourd et souple permet de jouer sur la masse tout en ayant une faible action sur la raideur.Another example of application is that of the modification of the critical acoustic frequency of a panel by locally bonding plates made of a material that is both heavy and flexible. This critical frequency depends on the mass and stiffness of the panel. Any action on any of these factors leads to an action on the other whose effect can be antagonistic according to the frequency range. The addition of heavy and flexible material plates allows to play on the mass while having a weak action on the stiffness.

Un élément en matériau lourd et souple constitué par exemple par un polymère souple comportant des charges massiques est d'autant plus efficace que le module d'élasticité du polymère est faible et que la densité des charges massiques est plus élevée.An element made of heavy and flexible material constituted for example by a flexible polymer comprising mass charges is all the more effective that the modulus of elasticity of the polymer is low and that the density of mass loads is higher.

Claims (8)

Structure mécanique présentant au moins une propriété vibratoire, caractérisée en ce qu'elle présente au moins un élément (5, 12, 24) modificateur de ladite propriété vibratoire qui est un polymère souple et lourd comportant par exemple des charges massiques, en ce que le polymère souple et lourd présente une densité comprise entre 3 et 10 et en ce que cet élément (5, 12, 24) est solidaire d'une région de la structure.Mechanical structure having at least one vibratory property, characterized in that it has at least one element (5, 12, 24) modifying said vibrational property which is a flexible and heavy polymer comprising for example mass loads, in that the flexible and heavy polymer has a density between 3 and 10 and in that this element (5, 12, 24) is integral with a region of the structure. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit polymère présente un module compris entre 104 et 107 Pa.Structure according to claim 1, characterized in that said polymer has a modulus between 10 4 and 10 7 Pa. Structure selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le polymère est du polyuréthane, de silicone, du caoutchouc naturel, du caoutchouc synthétique.Structure according to one of claims 1 or 2, characterized in that the polymer is polyurethane, silicone, natural rubber, synthetic rubber. Structure selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente des charges massiques qui sont des particules métalliques et/ou minérales.Structure according to one of the preceding claims, characterized in that it has mass loads which are metallic and / or mineral particles. Structure selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est au moins en partie constituée par un panneau (1, 2, 3) du type nid d'abeille comprenant deux plaques externes (1, 2) entre lesquelles est disposé un réseau (3) d'alvéoles (4) et en ce qu'au moins certaines desdites alvéoles (4) sont remplies d'un dit élément en polymère souple et lourd.Structure according to one of the preceding claims, characterized in that it is at least partly constituted by a panel (1, 2, 3) of the honeycomb type comprising two external plates (1, 2) between which is arranged a network (3) of cells (4) and in that at least some of said cells (4) are filled with a said element made of flexible and heavy polymer. Structure selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un cadre porteur (23) présentant au moins une ouverture dans laquelle est encastrée ou fixée une plaque (21) et en ce qu'elle présente au moins une bande ou une plaque (24) en un dit polymère souple et lourd qui est fixée sur au moins une partie du pourtour d'au moins une dite plaque (21) qui est encastrée ou fixée au cadre porteur (23).Structure according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is constituted by a support frame (23) having at least one opening in which a plate (21) is embedded or fixed and in that it has at least one strip or plate (24) of a said flexible and heavy polymer which is fixed on at least a part of the periphery of at least one said plate (21) which is embedded or fixed to the support frame (23). Structure selon la revendications 6, caractérisée en ce qu'elle présente au moins une plaque en un dit polymère souple et lourd sur au moins un coin d'une dite plaque (21) qui est encastrée ou fixée sur le cadre porteur (23).Structure according to claim 6, characterized in that it has at least one plate made of a said flexible and heavy polymer on at least one corner of a said plate (21) which is embedded or fixed on the support frame (23). Structure selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle présente au moins un trou de fixation (11) ménagé autour d'une région de la structure et en ce qu'elle présente au moins un anneau (12) en un dit polymère souple chargé solidaire de la structure et entourant ledit trou de fixation (11).Structure according to one of Claims 1 to 4, characterized in that it has at least one fixing hole (11) formed around a region of the structure and in that it has at least one ring (12) in one said flexible charged polymer integral with the structure and surrounding said fixing hole (11).
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