EP4211363A1 - Dispositif d'absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide - Google Patents

Dispositif d'absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide

Info

Publication number
EP4211363A1
EP4211363A1 EP21765541.4A EP21765541A EP4211363A1 EP 4211363 A1 EP4211363 A1 EP 4211363A1 EP 21765541 A EP21765541 A EP 21765541A EP 4211363 A1 EP4211363 A1 EP 4211363A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
ballast
fluid
absorption device
vibration absorption
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21765541.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thomas RONCEN
Vincent Manet
Guilhem MICHON
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liebherr Aerospace Toulouse SAS
Institut Superieur de lAeronautique et de lEspace
Original Assignee
Liebherr Aerospace Toulouse SAS
Institut Superieur de lAeronautique et de lEspace
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liebherr Aerospace Toulouse SAS, Institut Superieur de lAeronautique et de lEspace filed Critical Liebherr Aerospace Toulouse SAS
Publication of EP4211363A1 publication Critical patent/EP4211363A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/104—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted
    • F16F7/108—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted on plastics springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/104—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted
    • F16F7/112—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted on fluid springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/104—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted
    • F16F7/116—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect the inertia member being resiliently mounted on metal springs

Definitions

  • the invention relates to a device for absorbing vibrations.
  • the invention relates to a vibration absorption device which can be used to dampen the amplitudes of vibrations and installed on a component which it is desired to protect.
  • a vibration absorption device installed on a component makes it possible to protect this component from the amplitudes of vibrations which may be exerted on it.
  • vibration problems are encountered in particular for components on board vehicles, for example automotive, railway or aeronautical, due to the movements to which the components on board these vehicles are subjected.
  • a first type of vibration absorption device is for example a nonlinear energy sink device or NES for Nonlinear Energy Sink in English.
  • the basic principle of the NES is to trigger an instability on the secondary resonator, said instability tending towards a relaxation limit cycle which will allow the dissipation of energy.
  • the NES is a simple device made up of a useful mass, an element presenting a non-linear stiffness and a dissipative element.
  • NES-type devices The main disadvantage of NES-type devices is that the elements that compose it, in particular elastomers, are not resistant to high temperatures. For example, most of the elastomers used in current NES melt around 200°C. These elastomers are the elements that fulfill the damping function of the NES and are therefore essential in the devices of the state of the art. It is not possible in the general case to replace these materials, because no material resistant to high temperatures has properties sufficiently large to be used in a vibration absorption device.
  • a second type of vibration absorption device is for example a nonlinear viscous damper or NVD for Nonlinear Viscous Damper in English.
  • the basic principle of NVD is to connect two vibrating points in phase opposition by a piston whose movement will be slowed down by a fluid.
  • the NVD device is simple, has good fatigue behavior.
  • the NVD can pose problems of leaks depending on the fluid used.
  • the fluid used is usually viscous, for example oil, which can cause problems at high temperatures, for example an explosion if the oil is under pressure.
  • a major drawback is that the NVD requires two attachment points: each attachment point is connected on the one hand to one of the two vibrating points in opposition and on the other hand to the piston or the cylinder surrounding the piston. The NVD cannot therefore be used with a single attachment point on the component to be protected.
  • NVD can theoretically work with any fluid.
  • NVDs have a piston mechanism forced to move at a low relative speed between two pieces of equipment (one piece of equipment per attachment point).
  • the NVD generally works with a viscous fluid which dissipates energy at low speeds.
  • the inventors have sought to propose a new type of vibration absorption device combining several advantages of NES and NVDs, in particular for use in an automobile, railway, aeronautical vehicle, etc.
  • the aim of the invention is to provide a vibration absorption device making it possible to overcome at least one of the drawbacks of the absorption devices of the prior art.
  • the invention aims in particular to provide, in at least one embodiment, a passive vibration absorption device that is efficient and resistant to high temperatures.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment of the invention, a vibration absorption device that can be attached to the component to be protected with a single attachment point.
  • the invention relates to a vibration absorption device comprising:
  • ballast arranged on the membrane so that movement of the ballast causes movement of the membrane
  • At least one duct configured to allow the circulation of the fluid between the two chambers in the event of movement of the membrane and the ballast.
  • a vibration absorption device therefore makes it possible to combine the elementary principles of devices of the NES and NVD type, by combining a ballast which triggers a resonance instability to capture the energy of the vibrations, and a setting in motion of fluid for the dissipation of energy via the movement of the membrane and the movement of fluid from one chamber to another.
  • the membrane and the ballast notably allow the vibration absorption device to implement the elementary principles of a nonlinear vibration absorber device with energy wells of the NES type.
  • the ballast forms the useful mass and the membrane forms the element presenting a non-linear stiffness.
  • the conduit accompanied by the movement of the membrane allows the circulation of the fluid so as to dissipate the energy and thus implement the elementary principles of a non-linear viscous damping device of the NVD type.
  • ballast allows adjustment of the linear resonant frequency.
  • the ballast makes it possible to reduce the linear resonance frequency of the system, to ensure that the linear resonant frequency of the vibration absorber is lower than the linear resonant frequency of the component to be protected.
  • the absorption device is configured, passively, to increase its resonant frequency when the intensity of the vibrations increases. This allows it to always be able to reach the linear resonance frequency of the system to be protected, when the level of vibration intensity increases sufficiently.
  • the vibration intensity is low, the linear resonant frequency of the ballast is lower than the linear resonant frequency of the component to be protected and therefore there is little energy dissipation, which is not a problem because the vibration intensity is low.
  • the linear resonance frequencies of the ballast and the component to be protected agree and the capture of energy by the ballast is significant, which allows good dissipation of the energy by the device. vibration absorption.
  • the linear resonant frequency refers to the frequency at which a vibrating system has its peak of excitation.
  • the vibration absorption device therefore allows, thanks to this ballast, the transfer of part of the vibrational energy of the component to be protected when the resonance frequencies of the two systems are equal.
  • the ballast and the membrane have a mass preferably between 0.5% and 2% of the mass of the component to be protected, and a structural part (formed in particular by the box delimiting the chambers) whose mass can vary between 1 and 10% of the system to be protected.
  • the ballast is arranged in the center of the diaphragm, to maximize the effect of reducing the resonant frequency of the system.
  • the dissipation of energy is here allowed by the displacement of the fluid between the two chambers via the conduit or conduits.
  • the membrane puts pressure or depression on each of the two chambers, which causes the displacement of the fluid in the conduit or conduits, and therefore the dissipation of energy by the friction of the fluid against the wall.
  • the fluid can be a liquid or a gas, and can be viscous or not.
  • the vibration absorption device according to the invention is thus passive, because it does not require any control or command for its operation.
  • the device according to the invention is thus particularly useful in a context where the elastomer cannot be used as a material to form the membrane, for example when the thermal stresses are high, in particular high-temperature environments.
  • the volumes of the chambers are large enough to allow the movement of the membrane and the ballast and small enough for the movement of the membrane to cause a sufficiently large variation in the pressure in each chamber to cause the displacement of the fluid in the driven.
  • the height of each chamber is preferably between 100% and 500% of the maximum displacement of the membrane and of the ballast in said chamber.
  • the volume, shape and dimensions of one chamber may be different or identical to the volume, shape and dimensions of the other chamber.
  • the fluid used can for example be air which dissipates well at very high speed, because the aerodynamic drag force is proportional to the square of the speed. Moving fluid within the fluid can reach speeds up to about 0.8 mach, which further improves energy dissipation.
  • the membrane has a constant thickness or not: a membrane of constant thickness has the advantage of ease of modeling and manufacturing and is less expensive.
  • a membrane of variable thickness can be designed to optimize the performance of the vibration absorption device.
  • the thickness of the membrane is between 50 ⁇ m and a few millimeters, for example between 50 ⁇ m and about ten millimeters in an aeronautical application.
  • the membrane can be isotropic or not: an isotropic membrane has the advantage of ease of modeling and manufacturing and is less expensive.
  • An anisotropic membrane can be designed to optimize the performance of the vibration absorption device.
  • the ballast is fixed to the membrane, for example by inserting the ballast into a hole pierced in the membrane and securing it to the membrane by fixing means (for example screw-nut) or by welding or brazing.
  • the vibration absorption device according to the invention differs from NVD type devices because it makes it possible to dissipate the energy by the use of a fluid but by using a single point of attachment, therefore without requiring two points of attachment. in phase opposition. This mechanism is made possible because the absorption device manages to set its resonance frequency on that of the system to be protected, thus causing the energy exchange. The vibration absorption device therefore does not require the presence of two attachment points to cause the movement of the fluid or the dissipation of energy.
  • Attachment point means a point or a set of close points in a restricted area allowing the vibration absorption device to be connected to the component to be protected.
  • the attachment point can be a set of points in the sense that several attachment means (screws, nails, rivets, etc.) can be used to connect the vibration absorption device to the component while forming, in view of the mechanical behavior of the vibration absorption device, a single attachment point as long as these attachment means are arranged in a restricted area.
  • the vibrations of the component are only transmitted to the vibration absorption device at this attachment point. This transmission can be represented by a point force.
  • the added mass of the vibration absorber is negligible compared to the component it protects.
  • the device has a low mass impact on the system and its modularity allows it to be installed very easily on the system to be protected.
  • the choice of the type of fluid, the dimensions of the membrane, the dimensions of the chambers containing the fluid, the mass of the ballast, the shapes of the ducts and the materials used will depend on the system to be protected, the levels of stresses, the temperature and the frequency of the natural mode of the component which one seeks to protect.
  • the membrane is made of a material from the list of the following materials: - aluminum,
  • Inconel® in particular Inconel® X750.
  • the membrane can fulfill its function in the vibration absorption device in a large temperature range, in particular at high temperatures (for example from -55°C to temperatures above 200 °C, preferably at least up to 750°C).
  • the membrane can be made of other materials that meet the criteria of mechanical and thermal resistance necessary to obtain the technical effect of the membrane in the vibration absorption device.
  • the ballast comprises a duct to allow the circulation of the fluid between the two chambers.
  • the duct is drilled directly in the ballast, which allows a significant gain in size, because there is no need to add ducts which would bypass the membrane to connect the two separate chambers through the membrane.
  • the ballast pipe is drilled in the center of the ballast.
  • the membrane comprises a duct to allow the circulation of the fluid between the two chambers.
  • the duct is drilled directly into the membrane, which allows a significant gain in size, because there is no need to add ducts which would bypass the membrane to connect the two separate chambers. through the membrane.
  • the diameter is preferably of the order of magnitude of a millimeter, for example between 0.1 mm and 10 mm. This diameter may be greater or less depending on the application, depending on the size and/or mass of the component to be protected, the size and/or mass of the vibration absorption device, the fluid used, etc. In the field of aeronautical, railway or automotive vehicles, the diameter is preferably less than 5 cm.
  • the diameter of the duct is generally between 1% and 10% of the diameter of the membrane if the latter is substantially circular, more generally between 1% and 10% such as a length or a diagonal of the membrane if the latter has a different shape.
  • the main length is this diameter, this length or this diagonal depending on the shape of the membrane.
  • ballast Several ducts can be drilled in the ballast and/or the membrane.
  • the fluid is air.
  • the use of air as energy-dissipating fluid has the advantage of posing no problem of leakage in the system and no risk of overheating or explosion at high temperatures (above of 200°C).
  • the dissipation of energy by the air is carried out by friction, by the drag of the air in the ducts.
  • NVD-type energy absorbers require a viscous fluid because the travel velocities are low and the energy dissipated by friction alone would be too low with air.
  • the capture of energy by the membrane and the ballast is highly energetic, which leads to displacements of the air at speeds which can reach approximately 0.8 mach, thus allowing high energy dissipation without the need for viscous fluids such as oil, which poses problems with leaks and high temperature behavior.
  • the invention also relates to a component likely to be subjected to vibrations, characterized in that it comprises a vibration absorption device according to the invention configured to absorb at least in part the vibrations to which the component is subjected.
  • the invention also relates to a vibration absorption device and a component, characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • FIG. 1 is a schematic view of a vibration absorber device according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a vibration absorber device according to one embodiment of the invention.
  • FIG.3 is a diagram modeling the mechanical behavior of a component protected by a vibration absorption device according to one embodiment of the invention.
  • Figures 1 and 2 schematically illustrate the basic principle of a device 10 for absorbing vibrations according to one embodiment of the invention, respectively in side view in section and in perspective in section.
  • the vibration absorption device 10 comprises a casing 12, a membrane 14, a ballast 16.
  • the membrane 14 is embedded in the housing 12 and thus forms two chambers, a first chamber called upper chamber 18a and a second chamber called lower chamber 18b.
  • the terms "upper” and “lower” are used for illustrative purposes only with reference to the sectional diagram in Figure 1 and do not restrict the orientation of the vibration absorber on the component.
  • the membrane 14 is circular in this embodiment, and can also take other shapes in other embodiments, for example rectangular, square, etc.
  • the membrane takes the shape of the box so as to form the two chambers in the box, whatever the shape of the box.
  • the membrane 14 is preferably of constant and isotropic thickness.
  • the membrane is for example made from one of the following materials: aluminum, steel, Inconel®, in particular Inconel X750®.
  • the box 12 is configured to be fixed to a component 20 so as to absorb the vibrations to which the component 20 is subjected. To do this, the box 12 includes an attachment point 22.
  • the absorption of vibrations by the device 10 for absorbing vibrations takes place thanks to the setting in motion of the membrane 14 and of the ballast 16 which create a resonance instability to capture the vibration energy.
  • the ballast 16 is arranged on the membrane, preferably close to the center of the membrane or at the center of the membrane.
  • the movements of the membrane 14 and the ballast 16 cause an overpressure in one of the chambers and a depression in the other chamber.
  • Part of the fluid contained in the suppressed chamber then moves towards the vacuum chamber by circulating through at least one duct 24.
  • the displacement of the fluid in the duct 24 allows the dissipation of energy by friction of the fluid against the wall of the leads 24.
  • conduit 24 is drilled in the ballast to save space.
  • the duct may extend outside the box so as to connect the two chambers.
  • the duct is configured to place the two chambers in fluid communication.
  • the ballast 16 is shown outside of its rest position, and the membrane 14 is deformed following the capture of vibration energy, relative to the dotted line 114 representing the position of the membrane 14 resting.
  • the upper chamber 18a is under overpressure and the lower chamber 18b is under depression, which causes fluid to circulate from the upper chamber 18a to the lower chamber 18b. Due to the amount of energy captured around the linear resonance frequency, the circulation of the fluid can expect high speeds, for example 0.8 mach for air, which leads to a high dissipation of energy by air drag and friction on the walls of the duct.
  • FIG. 3 schematically represents a model of the mechanical behavior of a component protected by a vibration absorption device according to one embodiment of the invention.
  • the component is represented by a mass ml, connected to another element, for example a chassis 300 by a spring of stiffness kl and a damping damper cl.
  • the spring and the damper are models of the mechanical behavior of the connection between the component and the chassis and in no way presumes the physical reality of the components forming this connection, which can be of a diverse nature and not explained here.
  • the ballast and the membrane of the vibration absorption device are represented by a mass m2, connected to the component by a spring of stiffness k2 and a damping damper c2.
  • the stiffness k2 is mainly composed of the stiffness of the membrane and the stiffness of the air compressed by the membrane in the two chambers during the movement of the ballast and the membrane.
  • the damping c2 comes from the flow of the fluid between the two chambers through the duct, the membrane having no or very little proper damping.
  • the dimensions of the device may vary to adapt to the component to be protected, to the size limit that the device must not exceed, to the configuration of the component and the device in the vehicle that embeds them, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Combined Devices Of Dampers And Springs (AREA)

Abstract

Dispositif d'absorption de vibrations comprenant un boitier (12), une membrane (14) encastrée dans le boitier (12) et formant ainsi deux chambres (18a, 18b) dans le boitier (12), lesdites chambres (18a, 18b) étant remplies d'un fluide, au moins un lest (16), agencé sur la membrane (14) afin qu'un mouvement du lest (16) entraîne un mouvement de la membrane (14), et au moins un conduit (24) agencé pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres (18a, 18b) en cas de mouvement de la membrane (14) et du lest (16).

Description

DISPOSITIF D’ABSORPTION DE VIBRATIONS À MEMBRANE LESTÉE ET DÉPLACEMENT DE FLUIDE
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne un dispositif d’absorption de vibrations. En particulier, l’invention concerne un dispositif d’absorption de vibrations pouvant être utilisé pour amortir les amplitudes de vibrations et installé sur un composant que l’on cherche à protéger.
Arrière-plan technologique
Un dispositif d’absorption de vibrations installé sur un composant permet de protéger ce composant des amplitudes de vibrations qui peuvent s’exercer sur lui. Ces problématiques de vibrations sont notamment rencontrées pour des composants embarqués dans des véhicules, par exemple automobile, ferroviaire ou aéronautique, du fait des mouvements auxquels les composants embarqués dans ces véhicules sont soumis.
Plusieurs types de dispositifs d’absorption de vibrations sont connus actuellement.
Un premier type de dispositif d’absorption de vibrations est par exemple un dispositif à puits énergétique non-linéaire ou NES pour Nonlinear Energy Sink en anglais. Le principe de base du NES est de déclencher une instabilité sur le résonateur secondaire, ladite instabilité tendant vers un cycle limite de relaxation qui va permettre la dissipation d’énergie. Le NES est un dispositif simple constitué d’une masse utile, d’un élément présentant une raideur non-linéaire et d’un élément dissipatif.
Le principal inconvénient des dispositifs de type NES est que les éléments qui le composent, en particulier des élastomères, ne sont pas résistants aux hautes températures. A titre d’exemple, la plupart des élastomères utilisés dans les NES actuels fondent aux alentours des 200°C. Ces élastomères sont les éléments qui remplissent la fonction d’amortissement du NES et sont donc indispensables dans les dispositifs de l’état de l’art. Il n’est pas possible dans le cas général de remplacer ces matériaux, car aucun matériau résistant aux hautes températures a des propriétés amortissantes suffisamment importantes pour être utilisé dans un dispositif d’absorption de vibrations.
Un deuxième type de dispositif d’absorption de vibration est par exemple un amortisseur visqueux non-linéaire ou NVD pour Nonlinear Viscous Damper en anglais. Le principe de base du NVD est de relier deux points vibrants en opposition de phase par un piston dont le mouvement va être freiné par un fluide. Le dispositif NVD est simple, a un bon comportement en fatigue.
Il présente divers inconvénients : par exemple le NVD peut poser des problèmes de fuites selon le fluide utilisé. Le fluide utilisé est généralement visqueux, par exemple de l’huile, ce qui peut provoquer des problèmes à hautes températures, par exemple une explosion si l’huile est sous pression. Enfin, un inconvénient majeur est que le NVD nécessite deux points d’attaches : chaque point d’attache est relié d’une part à un des deux points vibrants en opposition et d’autre part au piston ou au cylindre entourant le piston. Le NVD ne peut ainsi pas être utilisé avec un seul point d’attache sur le composant à protéger.
Le NVD peut fonctionner en théorie avec n’importe quel fluide. Cependant, les NVD ont un mécanisme de piston astreint à bouger selon une vitesse relative faible entre deux équipements (un équipement par point d’attache). Ainsi, le NVD fonctionne généralement avec un fluide visqueux qui dissipe l’énergie aux basses vitesses.
Les inventeurs ont cherché à proposer un nouveau type de dispositif d’absorption de vibrations combinant plusieurs avantages des NES et des NVD, notamment pour un usage dans un véhicule automobile, ferroviaire, aéronautique, etc.
Objectifs de l’invention
L’invention vise à fournir un dispositif d’absorption de vibrations permettant de pallier au moins un des inconvénients des dispositif d’absorptions de l’art antérieur.
L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un dispositif d’absorption de vibrations passif, efficace et résistants aux hautes températures. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l’invention, un dispositif d’absorption de vibrations pouvant être attaché sur le composant à protéger avec un seul point d’attache.
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne un dispositif d’absorption de vibrations comprenant :
- un boitier,
- une membrane encastrée dans le boitier et formant ainsi deux chambres dans le boitier, lesdites chambres étant remplies d’un fluide,
- au moins un lest, agencé sur la membrane afin qu’un mouvement du lest entraîne un mouvement de la membrane,
- au moins un conduit configuré pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres en cas de mouvement de la membrane et du lest.
Un dispositif d’absorption de vibrations selon l’invention permet donc de combiner les principes élémentaires des dispositifs de type NES et NVD, en combinant un lest qui déclenche une instabilité de résonance pour capter l’énergie des vibrations, et une mise en mouvement de fluide pour la dissipation de l’énergie via le mouvement de la membrane et le déplacement du fluide d’une chambre à l’autre. En particulier, la membrane et le lest permettent notamment au dispositif d’absorption de vibrations de mettre en œuvre les principes élémentaires d’un dispositif absorbeur de vibration non linéaire à puits d’énergie de type NES. En particulier, le lest forme la masse utile et la membrane forme l’élément présentant une raideur non-linéaire. Le conduit accompagné du mouvement de la membrane permet la circulation du fluide de sorte dissiper l’énergie et ainsi mettre œuvre les principes élémentaires d’un dispositif amortisseur visqueux non-linéaire de type NVD.
La présence du lest permet le réglage de la fréquence de résonance linéaire.
En particulier, le lest permet de diminuer la fréquence de résonance linéaire du système, afin de s’assurer que la fréquence de résonance linéaire du dispositif d’absorption de vibrations est inférieure à la fréquence de résonance linéaire du composant à protéger. En effet, le dispositif d’absorption est configuré, de façon passive, pour augmenter sa fréquence de résonance lorsque l’intensité des vibrations augmente. Cela lui permet ainsi de toujours pouvoir atteindre la fréquence de résonance linéaire du système à protéger, lorsque le niveau d’intensité de vibration augmente suffisamment. Lorsque l’intensité des vibrations est faible, la fréquence de résonance linéaire du lest est inférieure à la fréquence de résonance linéaire du composant à protéger et il n’y a donc que peu de dissipation d’énergie, ce qui n’est pas problématique car l’intensité des vibrations est faible. Lorsque l’intensité des vibrations devient élevée, les fréquences de résonances linéaires du lest et du composant à protéger s’accordent et la captation d’énergie par le lest est importante, ce qui permet une bonne dissipation de l’énergie par le dispositif d’absorption de vibrations.
La fréquence de résonance linéaire désigne la fréquence à laquelle un système soumis à des vibrations a son pic d’excitation.
Le dispositif d’absorption de vibrations permet donc, grâce à ce lest, le transfert d’une partie de l’énergie vibratoire du composant à protéger lorsque les fréquences de résonance des deux systèmes sont égales.
Le lest et la membrane ont une masse de préférence entre 0,5% et 2% de la masse du composant à protéger, et une partie structurale (formée notamment par le boitier délimitant les chambres) dont la masse peut varier entre 1 et 10 % du système à protéger.
De préférence, le lest est agencé au centre de la membrane, pour maximiser l’effet de réduction de la fréquence de résonance du système.
Contrairement au NES de l’art antérieur dans lequel les ressorts en élastomères permettaient l’absorption de l’énergie, la dissipation de l’énergie est ici permise par le déplacement du fluide entre les deux chambres via le ou les conduits. Lors de son déplacement, la membrane met en pression ou dépression chacune des deux chambres, ce qui provoque le déplacement du fluide dans le ou les conduits, et donc la dissipation de l’énergie par le frottement du fluide contre la paroi. Le fluide peut être un liquide ou un gaz, et peut être visqueux ou non. Le dispositif d’absorption de vibration selon l’invention est ainsi passif, car il ne nécessite pas de contrôle ou de commande pour son fonctionnement. Le dispositif selon l’invention est ainsi particulièrement utile dans un contexte où l’élastomère ne peut pas être utilisé comme matériau pour former la membrane, par exemple lorsque les contraintes thermiques sont fortes, en particulier des environnements à hautes températures.
Les volumes des chambres sont suffisamment grands pour permettre le mouvement de la membrane et du lest et suffisamment faibles pour que le mouvement de la membrane entraine une variation suffisamment importante de la pression dans chaque chambre afin d’entraîner le déplacement du fluide dans le ou les conduits. En particulier, la hauteur de chaque chambre est de préférence comprise entre 100% et 500% du déplacement maximum de la membrane et du lest dans ladite chambre. Le volume, la forme et les dimensions d’une chambre peuvent être différents ou identiques du volume, de la forme et des dimensions de l’autre chambre.
Le fluide utilisé peut par exemple être de l’air qui dissipe bien à très haute vitesse, car la force de traînée aérodynamique est proportionnelle au carré de la vitesse. Le fluide en déplacement dans le fluide peut atteindre des vitesses jusqu’à environ 0,8 mach, ce qui améliore d’autant plus la dissipation d’énergie.
La membrane a une épaisseur constante ou non : une membrane d’épaisseur constante a comme avantage une facilité de modélisation et de fabrication et est moins coûteuse. Une membrane d’épaisseur variable peut être conçue pour optimiser les performances du dispositif d’absorption de vibration. L’épaisseur de la membrane est comprise entre 50 pm et quelques millimètres, par exemple entre 50 pm et une dizaine de millimètre dans une application aéronautique.
Pour les mêmes raisons, la membrane peut être isotrope ou non : une membrane isotrope a comme avantage une facilité de modélisation et de fabrication et est moins coûteuse. Une membrane anisotrope peut être conçue pour optimiser les performances du dispositif d’absorption de vibration.
Le lest est fixé à la membrane, par exemple en insérant le lest dans un trou percé dans la membrane et en le solidarisant à la membrane par des moyens de fixation (par exemple vis-écrou) ou par soudage ou brasage.
Le dispositif d’absorption de vibration selon l’invention se distingue des dispositifs de type NVD car il permet de dissiper l’énergie par l’utilisation d’un fluide mais en utilisant un seul point d’attache, donc sans nécessiter deux points d’attaches en opposition de phase. Ce mécanisme est rendu possible car le dispositif d’absorption parvient à caler sa fréquence de résonance sur celle du système à protéger, entraînant ainsi l’échange énergétique. Le dispositif d’absorption de vibrations ne nécessite donc pas la présence de deux points d’attache pour entraîner le déplacement du fluide ou la dissipation de l’énergie.
On entend par point d’attache un point ou un ensemble de points rapprochés dans une zone restreinte permettant de relier le dispositif d’absorption de vibrations au composant à protéger. Le point d’attache peut être un ensemble de points dans le sens où plusieurs moyens d’attache (vis, clous, rivets, etc.) peuvent être utilisé pour relier le dispositif d’absorption de vibrations au composant tout en formant, au vu du comportement mécanique du dispositif d’absorption de vibrations, un seul point d’attache du moment que ces moyens d’attache sont agencés dans une zone restreinte. En particulier, les vibrations du composant ne sont transmises au dispositif d’absorption de vibrations qu’au niveau de ce point d’attache. Cette transmission peut être représentée par une force ponctuelle.
L’ajout de masse que constitue le dispositif d’absorption de vibrations est négligeable par rapport au composant qu’il protège. Ainsi, le dispositif a un faible impact masse sur le système et sa modularité permet de l’installer très facilement sur le système à protéger.
Le choix du type de fluide, des dimensions de la membrane, des dimensions des chambres contenant le fluide, de la masse du lest, des formes des conduits et les matériaux utilisés vont être fonction du système qu’on cherche à protéger, des niveaux de sollicitations, de la température et de la fréquence du mode propre du composant qu’on cherche à protéger.
Avantageusement et selon l’invention, la membrane est fabriquée dans un matériau parmi la liste des matériaux suivants : - aluminium,
- acier,
- Inconel®, en particulier Inconel® X750.
Selon cet aspect de l’invention, la membrane peut assurer sa fonction dans le dispositif d’absorption de vibrations dans une grande plage de température, en particulier aux hautes températures (par exemple de -55 °C °C à des températures supérieures à 200°C, de préférence au moins jusqu’à 750°C).
La membrane peut être fabriqué dans d’autres matériaux répondant aux critères de résistance mécanique et thermique nécessaires à l’obtention de l’effet technique de la membrane dans le dispositif d’absorption de vibrations.
Avantageusement et selon l’invention, le lest comprend un conduit pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres.
Selon cet aspect de l’invention, le conduit est directement percé dans le lest, ce qui permet un gain important en encombrement, car il n’y a pas de nécessité d’ajouter des conduits qui contournerait la membrane pour relier les deux chambres séparées par la membrane.
De préférence, le conduit du lest est percé au centre du lest.
Avantageusement et selon l’invention, la membrane comprend un conduit pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres.
Selon cet aspect de l’invention, le conduit est directement percé dans la membrane, ce qui permet un gain important en encombrement, car il n’y a pas de nécessité d’ajouter des conduits qui contournerait la membrane pour relier les deux chambres séparées par la membrane.
Lorsqu’un conduit et percé dans la membrane et/ou dans le lest, le diamètre est de préférence de l’ordre de grandeur du millimètre, par exemple entre 0,1 mm et 10 mm. Ce diamètre peut être supérieur ou inférieur selon les applications, en fonction de la taille et/ou de la masse du composant à protéger, de la taille et/ou de la masse du dispositif d’absorption de vibrations, du fluide utilisé, etc. Dans le domaine des véhicules aéronautiques, ferroviaire ou automobile, le diamètre est de préférence inférieur à 5 cm.
En particulier, avantageusement et selon l’invention, le diamètre du conduit est généralement compris entre 1% et 10% du diamètre de la membrane si celle-ci est sensiblement circulaire, plus généralement entre 1% et 10% tel qu’une longueur ou une diagonale de la membrane si celle-ci a une forme différente. On appelle longueur principale ce diamètre, cette longueur ou cette diagonale selon la forme de la membrane.
Plusieurs conduits peuvent être percés dans le lest et/ou la membrane.
Avantageusement et selon l’invention, le fluide est de l’air.
Selon cet aspect de l’invention, l’utilisation de l’air comme fluide dissipant l’énergie a pour avantage de ne poser aucun problème de fuite dans le système et aucun risque de surchauffe ou d’explosion aux hautes températures (au-dessus de 200°C). La dissipation de l’énergie par l’air est effectuée par frottement, par la trainée de l’air dans les conduits. Les dispositifs d’absorption d’énergie de type NVD nécessitent un fluide visqueux car les vitesses de déplacement sont faibles et l’énergie dissipée uniquement par frottement seraient trop faibles avec de l’air. Dans le dispositif d’absorption de vibration selon l’invention, la captation d’énergie par la membrane et le lest est hautement énergétique, ce qui entraîne des déplacements de l’air à des vitesses pouvant atteindre environ 0,8 mach, permettant ainsi une grande dissipation d’énergie sans nécessiter de fluide visqueux comme de l’huile qui pose des problèmes de fuites et de comportement à haute température.
L’invention concerne également un composant susceptible d’être soumis à des vibrations, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif d’absorption de vibrations selon l’invention configuré pour absorber au moins en partie les vibrations auquel est soumis le composant.
L’invention concerne également un dispositif d’absorption de vibrations et un composant, caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
[Fig. 1] est une vue schématique d’un dispositif d’absorption de vibrations selon un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 2] est une vue schématique d’un dispositif d’absorption de vibrations selon un mode de réalisation de l’invention.
[Fig.3] est un schéma modélisant le comportement mécanique d’un composant protégé par un dispositif d’absorption de vibration selon un mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas strictement respectées et ce, à des fins d’illustration et de clarté.
En outre, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références dans toutes les figures.
Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement le principe de base d’un dispositif 10 d’absorption de vibrations selon un mode de réalisation de l’invention, respectivement en vue latérale en coupe et en perspective en coupe.
Le dispositif 10 d’absorption de vibration comprend un boitier 12, une membrane 14, un lest 16.
La membrane 14 est encastrée dans le boitier 12 et forme ainsi deux chambres, une première chambre dite chambre 18a supérieure et une deuxième chambre dite chambre 18b inférieure. Les termes « supérieure » et « inférieure » sont utilisés uniquement à but illustratif en référence avec le schéma en coupe de la figure 1 et ne restreignent pas l’orientation du dispositif d’absorption de vibrations sur le composant.
La membrane 14 est circulaire dans ce mode de réalisation, et peut aussi prendre d’autres formes dans d’autres modes de réalisation, par exemple rectangulaire, carrée, etc. En particulier, la membrane prend la forme du boitier de sorte à former les deux chambres dans le boîtier, quelle que soit la forme du boitier.
La membrane 14 est de préférence d’épaisseur constante et isotrope. La membrane est par exemple fabriquée avec un des matériaux suivants : aluminium, acier, Inconel®, en particulier Inconel X750®.
Le boitier 12 est configuré pour être fixé à un composant 20 de sorte à absorber les vibrations auquel le composant 20 est soumis. Pour ce faire, le boitier 12 comprend un point d’attache 22.
L’absorption des vibrations par le dispositif 10 d’absorption de vibrations se fait grâce à la mise en mouvement de la membrane 14 et du lest 16 qui créent une instabilité de résonance pour capter l’énergie de vibration. Le lest 16 est agencé sur la membrane, de préférence proche du centre de la membrane ou au centre de la membrane.
Les mouvements de la membrane 14 et du lest 16 entraînent une surpression dans une des chambres et une dépression dans l’autre chambre. Une partie du fluide contenu dans la chambre en suppression se déplace alors vers la chambre en dépression en circulant par au moins un conduit 24. Le déplacement du fluide dans le conduit 24 permet la dissipation de l’énergie par frottement du fluide contre la paroi du conduit 24.
Dans ce mode de réalisation, le conduit 24 est percé dans le lest pour un gain d’espace. Dans d’autres modes de réalisation, le conduit peut s’étendre en dehors du boitier de sorte à relier les deux chambres. Le conduit est configuré pour mettre en communication de fluide les deux chambres.
Sur la figure 1, le lest 16 est représenté dans une position de repos, en l’absence de vibrations.
Sur la figure 2, le lest 16 est représenté en dehors de sa position de repos, et la membrane 14 est déformée suite à la captation de l’énergie de vibration, par rapport à la ligne 114 en pointillés représentant la position de la membrane 14 au repos. Dans cette configuration, la chambre 18a supérieure est en surpression et la chambre 18b inférieure est en dépression, ce qui entraine une circulation du fluide de la chambre 18a supérieure à la chambre 18b inférieure. Du fait de la quantité d’énergie captée autour de la fréquence de résonance linéaire, la circulation du fluide peut attendre des grandes vitesses, par exemple 0,8 mach pour de l’air, ce qui entraine une forte dissipation d’énergie de par la trainée de l’air et les frottements sur les parois du conduit.
La figure 3 représente schématiquement un modèle du comportement mécanique d’un composant protégé par un dispositif d’absorption de vibration selon un mode de réalisation de l’invention. Le composant est représenté par une masse ml, reliée à autre élément, par exemple un châssis 300 par un ressort de raideur kl et un amortisseur d’amortissement cl. Le ressort et l’amortisseur sont des modélisations du comportement mécanique de la liaison entre le composant et le châssis et ne présume en rien de la réalité physique des composants formant cette liaison, qui peut être de nature diverse et non explicité ici.
Le lest et la membrane du dispositif d’absorption de vibrations sont représentés par une masse m2, reliée au composant par un ressort de raideur k2 et un amortisseur d’amortissement c2. La raideur k2 est composée majoritairement de la raideur de la membrane et de la raideur de l’air comprimé par la membrane dans les deux chambres lors du déplacement du lest et de la membrane. L’amortissement c2 provient de l’écoulement du fluide entre les deux chambres par le conduit, la membrane n’ayant pas ou très peu d’amortissement propre.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment. En particulier, les dimensions du dispositif, la forme du boitier, les dimensions et l’épaisseur de la membrane, les dimensions et la masse du lest, etc. peuvent varier pour s’adapter au composant à protéger, à l’encombrement limite que ne doit pas dépasser le dispositif, à la configuration du composant et du dispositif dans le véhicule qui les embarque, etc.

Claims

REVENDICATIONS Dispositif d’absorption de vibrations comprenant : un boitier (12), une membrane (14) encastrée dans le boitier (12) et formant ainsi deux chambres (18a, 18b) dans le boitier (12), lesdites chambres (18a, 18b) étant remplies d’un fluide, au moins un lest (16) agencé sur la membrane (14) afin qu’un mouvement du lest (16) entraîne un mouvement de la membrane (14), au moins un conduit (24) configuré pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres (18a, 18b) en cas de mouvement de la membrane (14) et du lest (16). Dispositif d’absorption de vibrations selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (14) est fabriquée dans un matériau parmi la liste des matériaux suivants : aluminium, acier,
Inconel®, en particulier Inconel® X750. Dispositif d’absorption de vibrations selon l’une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le lest (16) comprend un conduit (24) pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres (18a, 18b). Dispositif d’absorption de vibrations selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit conduit (24) du lest (16) est percé au centre du lest (16). Dispositif d’absorption de vibrations selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la membrane comprend un conduit pour permettre la circulation du fluide entre les deux chambres. Dispositif d’absorption de vibrations selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide est de l’air. Dispositif d’absorption de vibrations selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le lest est agencé au centre de la membrane. Dispositif d’absorption de vibrations selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le diamètre d’au moins un conduit est compris entre 1% et 10% d’une longueur principale de la membrane. Composant susceptible d’être soumis à des vibrations, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (10) d’absorption de vibrations selon une des revendications 1 à 8, configuré pour absorber au moins en partie les vibrations auquel est soumis le composant.
EP21765541.4A 2020-09-10 2021-09-09 Dispositif d'absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide Pending EP4211363A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2009162A FR3113932B1 (fr) 2020-09-10 2020-09-10 Dispositif d’absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide
PCT/EP2021/074858 WO2022053579A1 (fr) 2020-09-10 2021-09-09 Dispositif d'absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4211363A1 true EP4211363A1 (fr) 2023-07-19

Family

ID=74205939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21765541.4A Pending EP4211363A1 (fr) 2020-09-10 2021-09-09 Dispositif d'absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230366443A1 (fr)
EP (1) EP4211363A1 (fr)
FR (1) FR3113932B1 (fr)
WO (1) WO2022053579A1 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06294442A (ja) * 1993-04-02 1994-10-21 Suzuki Motor Corp ダイナミックバランサ
CN203413011U (zh) * 2013-08-09 2014-01-29 谭晓婧 磁流变弹性体单环膜阻尼器
CN106884920B (zh) * 2017-03-14 2019-09-24 西北工业大学 一种可贴附安装微型复式动力吸振器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022053579A1 (fr) 2022-03-17
FR3113932A1 (fr) 2022-03-11
FR3113932B1 (fr) 2022-09-02
US20230366443A1 (en) 2023-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3636715B2 (ja) 剛性容積粘性ダンパ
EP1766233B1 (fr) Dispositif de recuperation d'energie
EP2398706B1 (fr) Attache moteur a courbe charge/deformation adaptee
EP1167788A1 (fr) Dispositif d'étanchéité d'un "squeeze film" intégré dans un palier à roulement
FR2743383A1 (fr) Dispositif d'amortissement pour des elements d'une structure de genie civil
FR2948431A1 (fr) Revetement isolant a masse amplifiee
WO2022053579A1 (fr) Dispositif d'absorption de vibrations à membrane lestée et déplacement de fluide
EP3208191B1 (fr) Atterrisseur pour aéronef comportant un amortisseur principal et un amortisseur secondaire anti shimmy
EP2504604B1 (fr) Amortisseur avec composant en alliage a memoire de forme et limiteur de temperature; dispositif de maintien comprenant cet amortisseur
FR2920488A1 (fr) Dispositif d'injection pour un moteur a combustion interne comportant un tel dispositif d'injection.
FR2965875A1 (fr) Ensemble pour aeronef comprenant un amortisseur de vibrations
FR2914716A1 (fr) Butee de compression hydraulique, notamment pour amortisseur hydraulique de suspension de vehicule automobile
EP3985277B1 (fr) Dispositif d'amortissement amélioré pour engin spatial et procédé de fabrication du dispositif d'amortissement
JP2003004079A (ja) 塑性流動抵抗型ダンパ装置
FR2742201A1 (fr) Dispositif pour reduire des vibrations sur la structure d'un helicoptere
EP1170520A2 (fr) Palier de roulement muni d'un amortisseur de type "squeeze film"
JP2017026142A (ja) 主ばね直線案内システムを含む絶縁装置
EP1197669A1 (fr) Insert destiné à la fixation d'un dispositif et procédés de réalisation et de fixation de cet insert
JPH04282038A (ja) 振動ダンパ組立体
FR2992039A1 (fr) Dispositif de protection antichoc et antivibratoire d'un equipement embarque sensible aux accelerations
WO2015049433A1 (fr) Dispositif de disque d'embrayage
EP1978277B1 (fr) Module de compensation pour un amortisseur hydraulique de véhicule, et amortisseur equipé d'un tel module de compensation
WO2023104799A1 (fr) Dispositif d'absorption de vibrations, notamment pour un organe de véhicule aérien
EP2542798B1 (fr) Dispositif d'amortissement à friction pilotée
FR3084912A1 (fr) Dispositif de reduction de contraintes pour arbre de turbomachine

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230313

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)