FR2643430A1 - Damping device with viscoelastic material and alterable effectiveness - Google Patents
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- F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
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Abstract
Description
"Dispositif amortisseur à matériau visco-élastique"
d'efficacité ajustable"
La présente invention a pour objet un dispositif amortisseur ajustable."Damping device with viscoelastic material"
adjustable efficiency "
The present invention relates to an adjustable damping device.
Il est connu d'utiliser des matériaux visco-élastiques associés à une structure soumise à des vibrations, afin de réduire l'amplitude des vibrations par dégradation d'une partie de l'énergie de déformation sous forme de chaleur. Des amortisseurs v isco-élastiques sont utilisés dans différents secteurs d'activité : aéronautique, automobile, construction navale, équipement sportif.Dans le cas des skis, les amortisseurs peuvent être soit inclus à l'intérieur de la structure comme décrit dans les documents FR 80 04128 et
FR 81 57519, soit fixés sur la surface du ski, avec recouvrement par une plaque de contrainte à haut module d'élasticité, comme décrit dans les documents FR S4 2rjlS9, FR 79 23298, US 3 537 717, US 4 627 635,
US 3 8L4 576 et US 3 9Ol 522.It is known to use viscoelastic materials associated with a structure subjected to vibrations, in order to reduce the amplitude of the vibrations by degrading part of the deformation energy in the form of heat. V isco-elastic shock absorbers are used in different sectors of activity: aeronautics, automobile, shipbuilding, sports equipment. In the case of skis, the dampers can be included inside the structure as described in the documents FR 80 04128 and
FR 81 57519, being fixed on the surface of the ski, covered with a stress plate of high elastic modulus, as described in the documents FR S4 2rjlS9, FR 79 23298, US 3,537,717, US 4,627,635,
US 3,814,576 and US 3,910,522.
Les caractéristiques élastiques d'un matériau étant évaluées par son module d'Young E, il faut noter que les matériaux visco-élastiques ont des modules d'Young faibles et des coefficients d'amortissement élevés, comme cela ressort du tableau suivant
Matériaux Module d'Young Coefficient d'amortis
E (N/m2) sement intrisèque ss Acier 2 x 1011 10-4 à10-2
Aluminium 7 x1010 10-5 à 10-2
Fibre de verre 5 x 109 à 1010 1 x 10-2 à3 x 10-2
Visco-élastiques 105 à 159 0,1 à 10
Il existe différents types de matériaux visco-élastiques: polymères, élastomères ou bitumeux.Pour répondre à un besoin précis, il est nécessaire d'identifier le matériau le mieux adapté en tenant compte des paramètres suivants
- Température d'utilisation,
- Fréquences de sollicitation,
- Dimensions (surface, épaisseur),
- Contraintes ou déformation statiques,
- Aptitude au vieillissement,
- Tenue dans le milieu d'utilisation.The elastic characteristics of a material being evaluated by its Young's modulus E, it should be noted that viscoelastic materials have weak Young's moduli and high damping coefficients, as can be seen in the following table.
Young's module materials Coefficient of amortization
E (N / m2) sly intric s s Steel 2 x 1011 10-4 to 10-2
Aluminum 7 x1010 10-5 to 10-2
Fiberglass 5 x 109 to 1010 1 x 10-2 to 3 x 10-2
Visco-elastics 105 to 159 0.1 to 10
There are different types of viscoelastic materials: polymers, elastomers or bitumen.To meet a specific need, it is necessary to identify the most suitable material taking into account the following parameters
- Operating temperature,
- Frequency of solicitation,
- Dimensions (surface, thickness),
- static stresses or deformations,
- Fitness for aging,
- Holding in the environment of use.
Si, pour l'acier, le modale d'Young E reste sensiblement le même en dynamique et en statique, tel n1 est pas le cas pour les matériaux visco-élastiques où, pour une excitation harmonique, contrainte et déformation ne sont pas en phase. Il convient donc de considérer la notion de module d'Young complexe que l'on peut écrire
E' = E (I t i tg s) où S est l'angle de perte du matériau, représentant le retard angulaire entre contrainte et déformation, la déformation étant en retard sur la contrainte, lorsque le matériau est soumis à une sollicitation purement harmonique.If, for steel, Young's modal E remains substantially the same in dynamics and in static, this is not the case for viscoelastic materials where, for a harmonic excitation, stress and deformation are not in phase . It is therefore necessary to consider the notion of complex Young modulus that can be written
Where S is the angle of loss of the material, representing the angular delay between stress and deformation, the deformation being delayed on the stress, when the material is subjected to a purely harmonic stress.
La tangente de l'angle # est le coefficient d'amortissement intrinsèque {3 du matériau visco-élastique considéré. The tangent of the angle # is the intrinsic damping coefficient {3 of the considered viscoelastic material.
Parmi les principaux paramètres influençant les caractéristiques dynamiques des matériaux visco-élastiques, la température et la fréquence ne sont pas Indépendants. C'est ainsi que, comme montré à la figure 1, qui représente trois courbes représentatives de l'amortissement 13 d'un même matériau en fonction de la température # , pour trois fréquences données F. F2. et F3 I'amortissement maximum se situe à des températures 68 différentes. Of the main parameters influencing the dynamic characteristics of viscoelastic materials, temperature and frequency are not independent. Thus, as shown in Figure 1, which represents three representative curves of the damping 13 of the same material as a function of temperature #, for three frequencies F. F2. and F3 the maximum damping is at different temperatures.
C'est ainsi également que, comme montré à la figure 2 qui représente l'an-,ortissement ss de trois matériaux ml, m2 et m3 en fonction de la température S à une fréquence donnée F, I'amortissement maximum se situe aussi à des températures différentes. Thus, as shown in FIG. 2, which shows the reduction of three materials ml, m 2 and m 3 as a function of the temperature S at a given frequency F, the maximum amortization is also different temperatures.
En conséquence. pour un matériau donné, il est possible de suivre les variations du coefficient d'amortissement (3 en fonction de la fréquence
F et de la température & en prenant en considération un facteur de translation αt lié à la température et qui évolue selon la courbe représentée à la figure 3, le passage d'une translation à une multiplication étant réalisé en passant à une échelle logarithmique.Consequently. for a given material, it is possible to follow the variations of the damping coefficient (3 as a function of the frequency
F and the temperature & taking into account a temperature-related shift factor α and t that evolves according to the curve shown in Figure 3, the transition from a translation to a multiplication being made by moving to a logarithmic scale .
Il est alors possible d'établir des courbes donnant le module d'Young et le coefficient d'amortissement ss = tg 9 en fonction de la variable réduite Fxt. La figure 4, dite "courbe maîtresse" du matériau visco-élastique, représente en trait plein la courbe indiquant la variation du module d'Young en fonction de Foc t et, en traits mixtes, la courbe indiquant la valeur du coefficient d'amortissement en fonction de Fout. It is then possible to establish curves giving the Young's modulus and the damping coefficient ss = tg 9 as a function of the reduced variable Fxt. FIG. 4, the so-called "master curve" of the viscoelastic material, shows in full line the curve indicating the variation of the Young's modulus as a function of F t and, in phantom, the curve indicating the value of the damping coefficient. according to Fout.
Il ressort de ces courbes et des différentes analyses qui en ont été faites que. l'efficacité d'un matériau visco-élastique varie considérablement avec sa nature et sa température d'utilisation, le coefficient d'amortissement
ss du matériau pouvant varier d'un rapport de 1 à 100. It follows from these curves and the different analyzes that have been made that. the effectiveness of a viscoelastic material varies considerably with its nature and its temperature of use, the damping coefficient
ss material may vary from a ratio of 1 to 100.
Or, il convient de tenir compte des conditions de fonctionnement et d'utilisation de l'engin sur lequel on désire diminuer les amplitudes de vibrations. However, it is necessary to take into account the operating conditions and use of the machine on which it is desired to reduce the amplitude of vibration.
Plusieurs cas sont à considérer en référence au tableau ci-dessous
<tb> <SEP> Réponse <SEP> vibratoire <SEP> Réponse <SEP> vibratoire <SEP> Réponse <SEP> vibratoire
<tb> <SEP> constante <SEP> de <SEP> l'en- <SEP> variable <SEP> de <SEP> l'en- <SEP> variable <SEP> de <SEP> l'en- <SEP>
<tb> <SEP> gin <SEP> due <SEP> à <SEP> une <SEP> exci- <SEP> gin <SEP> due <SEP> à <SEP> une <SEP> exci- <SEP> gin <SEP> due
<tb> <SEP> tation <SEP> constante <SEP> tation <SEP> variable <SEP> - <SEP> à <SEP> une <SEP> masse <SEP> variable
<tb> <SEP> - <SEP> à <SEP> une <SEP> raideur <SEP> variable
<tb> <SEP> - <SEP> aux <SEP> conditions <SEP> limites
<tb> <SEP> variables <SEP> (pression...)
<tb> température <SEP> moteur <SEP> en <SEP> moteur <SEP> en <SEP> monoplace <SEP> F1 <SEP>
<tb> d'utilisation <SEP> régime <SEP> stationnaire <SEP> régime <SEP> variable <SEP> j <SEP> (réservoir <SEP> = <SEP> 8 <SEP> masse)
<tb> constante
<tb> température <SEP> ski <SEP> spécialisé <SEP> ski <SEP> polyvalent
<tb> d'utilisation <SEP> ( <SEP> 300 <SEP> à <SEP> O C) <SEP> (- <SEP> 300 <SEP> à <SEP> 5 C) <SEP> <SEP> (réservoir
<tb> variable <SEP> automobile:<SEP> pression <SEP> atmosphérique
<tb> <SEP> - <SEP> carrosserie <SEP> forces <SEP> aérodynamiques
<tb> <SEP> - <SEP> pièces <SEP> de <SEP> suspen- <SEP> variables)
<tb> <SEP> sion
<tb> <SEP> - <SEP> lames <SEP> de <SEP> -ressort
<tb>
C'est ainsi que, par exemple, dans le cas des skis alpins, il importe d'amortir les premiers modes de vibrations en flexion, flexion latérale ou torsion, selon le comportement recherché pour une évolution donnée du skieur. En effet, il convient de réaliser un amortissement sélectif des vibrations, afin de n'éliminer que les vibrations considérées comme néfastes dans l'application déterminée, tout en conservant les autres vibrations, qui confèrent au ski toutes ses caractéristiques de vivacité.<tb><SEP> Response <SEP> vibratory <SEP> Response <SEP> vibratory <SEP> Response <SEP> vibratory
<tb><SEP> constant <SEP> of <SEP> the <SEP> variable <SEP> of <SEP> the <SEP> variable <SEP> of <SEP> the <SEP >
<tb><SEP> gin <SEP> due <SEP> to <SEP> a <SEP> exci- <SEP> gin <SEP> due <SEP> to <SEP> a <SEP> exci- <SEP> gin <SEP> due
<tb><SEP> tation <SEP> constant <SEP> tation <SEP> variable <SEP> - <SEP> to <SEP> a <SEP> mass <SEP> variable
<tb><SEP> - <SEP> to <SEP> a <SEP> stiffness <SEP> variable
<tb><SEP> - <SEP> with <SEP> conditions <SEP> limits
<tb><SEP> variables <SEP> (pressure ...)
<tb> temperature <SEP> engine <SEP> in <SEP> engine <SEP> in <SEP> single seat <SEP> F1 <SEP>
<tb> of use <SEP> scheme <SEP> stationary <SEP> scheme <SEP> variable <SEP> j <SEP> (reservoir <SEP> = <SEP> 8 <SEP> mass)
<tb> constant
<tb> temperature <SEP> ski <SEP> specialized <SEP> ski <SEP> polyvalent
<tb> of use <SEP>(<SEP> 300 <SEP> to <SEP> OC) <SEP> (- <SEP> 300 <SEP> to <SEP> 5 C) <SEP><SEP> (reservoir
<tb> variable <SEP> automobile: <SEP> pressure <SEP> atmospheric
<tb><SEP> - <SEP> bodywork <SEP> aerodynamic <SEP> forces
<tb><SEP> - <SEP><SEP> pieces of <SEP> suspen- <SEP> variables
<tb><SEP>
<tb><SEP> - <SEP> blades <SEP> of <SEP> -ressort
<Tb>
Thus, for example, in the case of alpine skis, it is important to dampen the first modes of vibration in flexion, lateral flexion or torsion, according to the desired behavior for a given evolution of the skier. Indeed, it is necessary to achieve a selective damping of the vibrations, in order to eliminate only the vibrations considered as harmful in the determined application, while retaining the other vibrations, which give the ski all its liveliness characteristics.
Toutefois, il faut introduire la notion de température d'utilisation du ski dans le choix du matériau visco-élastique. II ne peut s'agir que d'une approximation, dans la mesure où les variations de température auxquelles est soumis un amortisseur équipant un ski sont très importantes, suivant que le ski est utilisé dans des conditions de température fortement négatives, de l'ordre de - 2C à - 35 C, ou après être resté au soleil à des températures très supérieures à "C. However, it is necessary to introduce the notion of temperature of use of the ski in the choice of the visco-elastic material. It can only be an approximation, insofar as the temperature variations to which a shock absorber equipping a ski is subjected are very important, depending on whether the ski is used in strongly negative temperature conditions, of the order from - 2C to - 35C, or after staying in the sun at temperatures much higher than "C.
En conséquence. les caractéristiques de comportement du ski varient considérablement avec la température, puisque l'efficacité de l'amortissement dépend de cette dernière. Consequently. ski behavior characteristics vary considerably with temperature, since the effectiveness of the damping depends on the latter.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. The present invention aims to remedy these disadvantages.
A cet effet, le dispositif amortisseur à matériau visco-élastique quelle concerne, comprend des moyens de chauffage. For this purpose, the damping device viscoelastic material which concerns, comprises heating means.
Conformément à une forme de réalisation, le matériau xisco-élastique contient également des moyens de refroidissement. According to one embodiment, the xisco-elastic material also contains cooling means.
Ces moyens de chauffage et de refroidissement sont associés à des moyens de régulation de température. These heating and cooling means are associated with temperature control means.
Il est ainsi possible, en ajustant la température, de faire varier les capacités d'amortissement du dispositif amortisseur. It is thus possible, by adjusting the temperature, to vary the damping capacity of the damping device.
Selon une forme d'exécution de ce dispositif amortisseur, celui-ci comprend un thermostat assurant le maintien du matériau visco-élastique à une température déterminée. According to one embodiment of this damping device, it comprises a thermostat ensuring the maintenance of the visco-elastic material at a predetermined temperature.
Conformément à une première possibilité, le thermostat est réglé de façon définitive pour réguler la température du matériau visco-élastique à la température correspondant à l'amortissement maximum pour le ou les modes de vibration à amortir. According to a first possibility, the thermostat is permanently set to regulate the temperature of the viscoelastic material to the temperature corresponding to the maximum damping for the vibration mode (s) to be damped.
Dans le cas d'un ski spécialisé, on obtient ainsi l'optimum des performances. In the case of a specialized ski, one thus obtains the optimum of the performances.
Contormement a une autre possibilité, le thermostat est réglable à l'intérieur d'une plage de température; chaque position du thermostat engendrant une température du matériau visco-élastique, il en résulte une modification des caractéristiques d'amortissement du dispositif, ce qui permet d'ajuster l'amortissement à la demande de l'utilisateur. Contortment has another possibility, the thermostat is adjustable within a temperature range; each position of the thermostat generating a temperature of the viscoelastic material, it results in a modification of the damping characteristics of the device, which allows to adjust the damping at the request of the user.
Dans le cas d'un ski, l'utilisateur trouvera ainsi une réponse à la polyvalence du comportement qu'il recherche. In the case of a ski, the user will find an answer to the versatility of the behavior he is looking for.
Selon une autre forme d'exécution de ce dispositif amortisseur, celui-ci est associé à un micro-processeur dans lequel on a mémorisé la courbe maitresse du matériau visco-élastique. Ce micro-processeur est relié, d'une part, à une sonde de mesure des fréquences de vibration de l'objet sur lequel l'amortisseur est monté et, d'autre part. à une sonde de mesure de la température du matériau visco-élastique, le micro-processeur étant programmé pour traiter ces deux informations et fournir une information au dispositif de régulation pour adapter la température du matériau visco-élastique à la fréquence des vibrations pour que le coefficient d'amortissement ss = tg 5 soit maximal. According to another embodiment of this damping device, it is associated with a microprocessor in which the master curve of the viscoelastic material has been memorized. This microprocessor is connected, on the one hand, to a probe for measuring the vibration frequencies of the object on which the damper is mounted and, on the other hand. a probe for measuring the temperature of the viscoelastic material, the microprocessor being programmed to process both information and provide information to the regulating device to adapt the temperature of the viscoelastic material to the vibration frequency so that the damping coefficient ss = tg 5 is maximal.
II est ainsi obtenu un amortissement auto-régulé. It is thus obtained a self-regulated damping.
De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution de cet amortisseur, dans le cas de son application à l'équipement d'un ski
Figure 5 est une vue de dessus d'un tel ski
Figure 6 est une vue en coupe longitudinale à échelle agrandie du ski comportant l'amortisseur, dont les moyens de commande sont représentés schématiquement.In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing, representing by way of nonlimiting example a form of execution of this damper, in the case of its application. to the equipment of a ski
Figure 5 is a top view of such a ski
Figure 6 is a longitudinal sectional view on an enlarged scale of the ski comprising the damper, the control means are shown schematically.
La figure 5 représente un ski alpin 2 dont la face supérieure est équipée d'une butée 3 et d'une talonnière 4 constituant des moyens de fixation de la chaussure d'un skieur. Comme cela est visible à la figure 5 le ski est équipé, sur sa face supérieure, d'un amortisseur 5 disposé en avant de la fixation, et destiné à amortir les vibrations néfastes, ce qui est particu librement avantageux dans le cas d'un ski de slalom. FIG. 5 represents an alpine ski 2 whose upper face is equipped with a stop 3 and a heel piece 4 constituting means for fastening the boot of a skier. As can be seen in FIG. 5, the ski is equipped, on its upper face, with a damper 5 arranged in front of the binding, and intended to damp the harmful vibrations, which is particularly freely advantageous in the case of a slalom skiing.
Cet amortisseur est du type comprenant une couche 6 de matériau visco-élastique prise en sandwich entre la surface supérieure du ski et une plaque de contrainte 7 constituée par exemple par une feuille métallique en alliage léger. This damper is of the type comprising a layer 6 of viscoelastic material sandwiched between the upper surface of the ski and a stress plate 7 constituted for example by a metal sheet of light alloy.
Dans la forme d'exécution représentée au dessin, à l'intérieur du matériau visco-élastique est logée une résistance électrique de chauffage X, reliée à une source d'alimentation en courant 9, elle-même commande par un dispositif de régulation 10. Le matériau visco-élastique 6 est équipé d'une sonde de température 12 fournissant l'information mesurée à un micro-processeur 13. Une sonde 14 de mesure des fréquences à un emplacement du ski, prédéterminé en fonction de la zone QÙ les vibrations doivent être amorties, est elle-même reliée au micro-processeur 13. In the embodiment shown in the drawing, inside the viscoelastic material is housed an electric heating resistor X, connected to a current supply source 9, itself controlled by a regulating device 10. The viscoelastic material 6 is equipped with a temperature sensor 12 supplying the measured information to a microprocessor 13. A probe 14 for measuring the frequencies at a location of the ski, predetermined according to the zone QÙ the vibrations must be damped, is itself connected to the microprocessor 13.
Ce micro-processeur possède en mémoire la courbe maîtresse du matériau visco-élastique 6 considéré. This microprocessor has in memory the master curve of the viscoelastic material 6 considered.
Il est ainsi possible par mesure des fréquences de vibrations d'adapter la température du matériau visco-élastique 6 pour que ce matériau soit le plus efficace possible en vue de l'amortissement des vibrations dont la fréquence est mesurée. It is thus possible by measuring the vibration frequencies to adapt the temperature of the viscoelastic material 6 so that this material is as effective as possible for the damping of vibrations whose frequency is measured.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif amortisseur décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi, notamment, que le dispositif de régulation 1G pourrait être programmé pour assurer le maintien de la température du matériau visco-élastique à la température où la vaieur du coefficient d'absorption est maximale, ou encore que le dispositif de régulation pourrait être actionnable manuellement en vue de régler à volonté la température du matériau visco-élastique pour modifier les conditions d'amortissement, et par suite le comportement du ski, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of this damping device described above by way of example; it encompasses all the variants. Thus, in particular, the control device 1G could be programmed to maintain the temperature of the viscoelastic material at the temperature where the value of the absorption coefficient is maximum, or that the control device could be manually operable to adjust at will the temperature of the viscoelastic material to modify the damping conditions, and therefore the behavior of the ski, without departing from the scope of the invention.
C'est ainsi également que les moyens de chauffage et de refroidissement peuvent être situés à l'intérieur du matériau visco-élastique ou qu'ils peuvent être situés à la surface du dispositif, ou encore que la consigne de régulation en température du matériau visco-élastique (6) est préréglée pour réguler la température du matériau visco-élastique à la température correspondant à sa zone de transition pour les fréquences à amortir. Thus also the heating and cooling means may be located inside the visco-elastic material or they may be located on the surface of the device, or that the temperature regulation setpoint of the visco material -elastic (6) is preset to regulate the temperature of the viscoelastic material to the temperature corresponding to its transition zone for the frequencies to be damped.
Claims (8)
Priority Applications (1)
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| FR8902846A FR2643430B1 (en) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | SHOCK ABSORBER WITH ADJUSTABLE EFFICIENCY VISCO-ELASTIC MATERIAL |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR8902846A FR2643430B1 (en) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | SHOCK ABSORBER WITH ADJUSTABLE EFFICIENCY VISCO-ELASTIC MATERIAL |
Publications (2)
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|---|---|
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| FR2643430B1 FR2643430B1 (en) | 1994-04-01 |
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Family Applications (1)
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- 1989-02-20 FR FR8902846A patent/FR2643430B1/en not_active Expired - Fee Related
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