FR2838173A1 - Element non-stucturel amortisseur pour structure susceptible d'etre soumise a des vibrations et structure equipee d'au moins un tel element amortisseur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément (8) non-structurel amortisseur de vibrations, ledit élément étant destiné à équiper une structure (1) susceptible d'être soumise à des vibrations. Selon l'invention, l'élément amortisseur (8) comprend au moins une couche en nid-d'abeilles métallique (10).L'invention se rapporte également à une structure (1) équipée d'au moins un tel élément amortisseur (8).Application particulière au domaine des charpentes de supportage soumises à des vibrations, et portant des équipements récepteurs nécessitant une grande stabilité.
Description
(50) sur la conduite de sortie de la valve vers le réservoir.
ELEMENT NON-STRUCTUREL AMORTISSEUR POUR STRUCTURE
SUSCEPTIBLE D'ETRE SOUMISE A DES VIBRATIONS ET
STRUCTURE EQUIPEE D'AU MOINS UN TEL ELEMENT AMORTISSEUR
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des structures susceptibles d'être soumises à des vibrations quelconques telles que des vibrations provenant d'une activité sismique, comprenant des éléments principaux structurels ainsi que des éléments rapportés amortisseurs non-structurels, montés fixement
sur les éléments principaux de la structure.
Plus particulièrement, l' invention se rapporte à un élément amortisseur de vibrations
équipant une telle structure.
L' invention trouve une application dans divers domaines tels que celui des châssis de véhicules automobiles, ou des charpentes de supportage soumises à des vibrations perturbant le fonctionnement
d'équipements récepteurs exigeant une grande stabilité.
l
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
De l'art antérieur, on connaît un grand nombre de structures incorporant des éléments amortisseurs passifs, en vue d'amortir les vibrations auxquelles ces structures sont soumises. En effet, les
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éléments amortisseurs sont adjoints aux éléments principaux structurels de la structure, afin de réduire au maximum le transfert des vibrations vers des équipements récepteurs quelconques montés sur les structures. A cet égard, plusieurs techniques sont envisageables pour réduire le transfert des vibrations de la structure vers son ou ses équipement(s) affiliéts). On connait tout d'abord une technique consistant à rendre les sollicitations émanant de la source de vibrations inaptes à la propagation vers l'équipement récepteur. Pour ce faire, on réalise une action de découplage par insertion d'un élément de grande souplesse dynamique, entre la source de vibrations et la structure portante de l'équipement à préserver, ou entre deux éléments principaux
constituant la structure.
De plus, on connait également une méthode visant à dissiper au maximum les vibrations lors de leur propagation dans la structure, avant qu'elles natteignent l'équipement récepteur exigeant une grande stabilité. Cette dissipation d'énergie est obtenue par l'intermédiaire d'éléments amortisseurs prenant la forme de revêtements fixés sur les éléments principaux de la structure, et a pour effet d' augmenter le
coefficient d'amortissement naturel de cette structure.
Notons que pour réduire encore davantage le transfert des vibrations vers l'équipement récepteur, il est;bien entendu envisageable de cumuler les deux
techniques qui viennent d'étre décrites.
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Plusieurs solutions technologiques ont déjà été proposées pour mettre en _uvre les techniques
indiquées ci-dessus.
Il s'agit tout d'abord de l'emploi de supports élastiques tels qu'un support élastomère, ou encore de l'emploi d'un support élastomérohydraulique, d'un support métallique à ressort, d'un support métallique à câbles, ou bien encore d'un support pneumatique. Parmi ces solutions technologiques, on note aussi les absorbeurs dynamiques, tels qu'un système masse-ressort ajouté à un système initial que l'on
règle sur la fréquence à réduire.
En outre, on compte également les suspensions adaptatives, comme les suspensions actives d' automobiles paramétrées à l' aide de capteurs et d'actionneurs. Enfin, on conna1t une technique d'amortissement structural, l'amortissement étant obtenu par l'intermédiaire d'un revêtement d'élastomère viscoélastique recouvert d'une plaque raide, également
appelé revêtement précontraint.
Cependant, les solutions technologiques apportées par l'art antérieur présentent de nombreux
inconvénients.
En effet, la mise en _uvre de ces techniques engendre fréquemment des surcoûts extrémement importants par rapport au coût initial de la structure. De plus, habituellement, ces techniques ne restent que très peu adaptées à la structure à laquelle elles sont rapportées. Cela est notamment le
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cas lors de l'utilisation d'un élément en matériau viscoélastique en tant que plot antivibratoire entre deux éléments principaux d'une structure portante, dans la mesure o l'atténuation des vibrations obtenue grâce au matériau viscoélastique est au détriment de la rigidité de la structure, qui est largement affaiblie en raison de la nature du matériau. Le problème de rigidité de la structure est également rencontré lors de l' interposition d'un tel plot antivibratoire viscoélastique entre la structure et la source de vibrations.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
L' invention a donc pour but de proposer un élément non-structurel amortisseur de vibrations, cet élément étant destiné à équiper des éléments principaux structurels d'une structure susceptible d'être soumise à des vibrations, et remédiant au moins partiellement aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L' invention a également pour but de présenter une structure comprenant au moins un élément principal structurel ainsi qu'au moins un élément amortisseur nonstructurel monté fixement sur au moins un élément principal structurel, chaque élément
amortisseur répondant au but mentionné ci-dessus.
Pour ce faire, l' invention a tout d'abord pour objet un élément nonstructurel amortisseur de vibrations, l'élément étant destiné à être monté fixement sur au moins un élément principal structurel d'une structure susceptible d'être soumise à.des vibrations. Selon l' invention, l'élément amortisseur
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comprend au moins une couche en nid-d'abeilles métallique. Avantageusement, l'élément non-structurel amortisseur selon l' invention est apte à constituer un élément passif d'une structure, et permet d'atténuer les vibrations mécaniques auxquelles est soumise cette structure, par dissipation d'énergie à l'intérieur des
cellules de chaque couche en nid-d'abeilles métallique.
Par conséquent, l'utilisation dune couche en nid-d'abeilles métallique permet de renforcer considérablement les caractéristiques d'amortissement de vibrations de la structure, mais n'est en aucun cas employé en t ant que matér i au s truc turant connu pour
présenter un excellent rapport rigidité/poids.
De plus, il est à préciser que la couche en nid-d'abeilles métallique permet à l'élément amortisseur selon l' invention de disposer d'une raideur structurale largement supérieure aux éléments amortisseurs de l'art antérieur. Cette caractéristique spécifique permet tout dabord d' augmenter le coefficient d'amortissement naturel de la structure munie de tels éléments, lorsque ceux-ci prennent la forme de revêtements montés fixement sur les éléments
principaux de cette structure.
Par ailleurs, lors de l'utilisation de l'élément amortisseur en tant que plot antivibratoire, la forte raideur structurale de ce dernier engendrée par la présence de la couche en nid-d'abeilles métallique permet de ne pas ajouter de souplesse à la structute, comme cela était le cas dans l'art antérieur
lors de l'emploi de matériaux viscoélastiques.
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Préférentiellement, chaque couche en nid-
d'abeilles métallique est en aluminium ou en alliage d'aluminium. De plus, on peut prévoir que l'élément amortisseur est constitué d'une couche en nid- d'abeilles métallique prise en sandwich entre deux plaques d'aluminium, ou que cet élément dispose d'une pluralité de couches superposées en nid-d'abeilles métallique. De façon préférée, chaque plaque d'aluminium est collée à la couche en nid-d'abeilles métallique par l'intermédiaire d'une colle polyuréthane absorbante, permettant de renforcer encore davantage
l'amortissement procuré par l'élément amortisseur.
Par ailleurs, l' invention a en outre pour objet une structure susceptible d'étre soumise à des vibrations, la structure comprenant au moins un élément principal structurel et étant également équipée d'au moins un élément amortisseur de vibrations monté fixement sur au moins un élément principal de la structure. Selon l' invention, chaque élément amortisseur de vibrations de la structure est tel que
celui décrit ci-dessus.
Préférentiellement, chaque élément amortisseur de vibrations de la structure est collé à au moins un élément principal de structure par
l'intermédiaire d'une colle acrylique.
Selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention, au moins un élément amortisseur est exclusivement en contact avec au moins un élément principal structurel sur une seule face de
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l'élément amortisseur, afin d' augmenter le coefficient
damortissement naturel de la structure.
Selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention, au moins un élément amortisseur est monté fixement entre une source de vibrations et au moins un élément principal structurel, afin que chaque élément amortisseur constitue un plot antivibratoire. Selon un troisième mode de réalisation préféré de la présente invention, au moins un élément amortisseur est monté fixement entre au moins deux éléments principaux structurels, toujours afin que chaque élément amortisseur constitue un plot antivibratoire. D'autres avantages et caractéristiques de
l' invention apparaîtront dans la description détaillée
non limitative ci-dessous.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La description sera faite au regard des
dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique de face dune structure selon un premier mode de réalisation préféré de l' invention; - la figure 2 représente une vue schématique en perspective d'un élément amortisseur de vibrations équipant la structure représentée sur la figure 1; À - la figure 3 représente une vue schématique de face dune structure selon un second mode de réalisation préféré de l' invention;
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- la figure 4 représente une vue schématique de face d'une structure selon un troisième
mode de réalisation préféré de l' invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 1, on peut apercevoir une structure 1 selon un premier mode de
réalisation préféré de l' invention.
La structure 1 représentée est du type treillis, comportant une pluralité d'éléments principaux structurels 2, participant à la reprise des efforts mécaniques, en vue de supporter un ou plusieurs équipements récepteurs représentés schématiquement par
la référence numérique 4.
La structure 1 repose fixement sur un bâti 6 constitué de préférence par un sol ou autre élément de supportage, et susceptible de transmettre à la structure 1 des vibrations. A titre d'exemple, les vibrations peuvent provenir d'une activité sismique présente au niveau du sol 6 sur lequel repose la
structure 1.
La structure 1 comporte en outre une
pluralité déléments amortisseurs de vibrations non-
structurels 8 montés fixement sur au moins un élément principal structurel 2. La fonction principale de ces éléments amortisseur 8, rapportés sur les éléments principaux 2, est d'atténuer au maximum les vibrations transmises à la structure 1 depuis le sol 6. Il est par ailleurs précisé que les éléments amortisseurs 8 ne sont en aucun cas utilisés pour assurer le rigidité de la structure 1, cette fonction liée à la rigidité de la
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structure 1 pouvant entièrement être assurée par les
éléments principaux structurels 2.
La figure 2 illustre un élément non-
structurel amortisseur de vibrations 8 tel que celui utilisé dans le premier mode de réalisation préféré de l' invention, et reposant sur une pluralité d'élément principaux structurels 2 définissant un plan. Bien entendu, la forme de l'élément amortisseur 8 est facilement modulable, lui permettant ainsi d'être fixé uniquement sur un seul élément principal 2, ou sur une pluralité d'éléments principaux 2 définissant une surface quelconque telle qu'une surface plane ou une
surface cylindrique.
L'élément amortisseur 8 comprend une couche en nid-d'abeilles métallique 10, de préférence réalisée en aluminium ou en alliage d'aluminium. L'énergie de vibration transmise à la structure 1 est ainsi apte à se dissiper dans les cellules creuses 11 de la couche en nid-d'abeilles 10, préservant par conséquent les équipements 4 exigeant une grande stabilité. Par ailleurs, la couche en nid-d'abeilles 10 est prise en sandwich entre deux plaques d'aluminium 12, collées à la couche en nid-dabeilles 10 par exemple par l'intermédiaire d'une colle polyuréthane bi-composant absorbante dénergie, favorisant encore davantage l'amortissement des vibrations parcourant la structure 1. Par ailleurs, il est également possible de prévoir que l'élément amortisseur 8 comprend une pluralité de couches en nid-dabeilles 10 superposées, ces couches pouvant alors chacune avoir une épaisseur
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différente. Dans une telle configuration, les couches en nid-d'abeilles 10 peuvent être assemblées entre elles de manière quelconque, par exemple en interposant une plaque en aluminium entre deux couches 10 directement consécutives. De plus, il est à noter que les couches en nid-d'abeilles 10 peuvent être directement collées sur les éléments principaux structurels 2, sans nacessiter de plaques en aluminium 12. Avec un élément amortisseur de vibrations 8 tel que représenté sur la figure 2, il est relativement aisé de le moduler en faisant varier sa hauteur globale, l'épaisseur des plaques d'aluminium 12, ou encore la taille des cellules creuses 11 de la couche en nid-d'abeilles 10. De cette manière, les éléments amortisseurs 8 peuvent s' adapter aux différentes contraintes de conception de la structure 1, et procurent par conséquent un amortissement optimisé en fonction de la forme et/ou de la raideur de la
structure 1.
Dans ce premier mode de réalisation préféré de l' invention représenté sur la figure 1, les éléments amortisseurs de vibrations 8 prévus sur la structure 1 sont collés sur un ou plusieurs éléments principaux structurels 2, de préférence par l'intermédiaire d'une colle contact acrylique. I1 est précisé que d'autres techniques dassemblage des éléments amortisseurs 8 sur le s é léments structure ls 2 tel. le s que le rivetage ou la
soudure sont également envisageables.
Chaque élément amortisseur 8 est exclusivement en contact avec un seul ou une pluralité
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d'éléments principaux structurels 2, sur une seule de ses faces. En d'autres termes, une seule des deux plaques en aluminium 12 est en contact avec des éléments principaux structurels 2, l'autre plaque en aluminium 12 étant libre. Ainsi, les éléments amortisseurs 8 sont assimilables à des revêtements permettant de dériver et de dissiper efficacement l'énergie de vibration, de sorte que cette dernière soit fortement diminuce avant d'atteindre les
équipements récepteurs 4.
Notons que les éléments amortisseurs 8 en forme de revêtement peuvent être disposés sur des surfaces continues de la structures 1, et idéalement placés sur des zones libres de la structure 1 participant aux modes propres de vibration, notamment aux modes de flexion et de torsion. Ainsi, même si la figure 1 représente uniquement des élément amortisseurs 8 dont les cellules creuses 11 s'étendent parallèlement au plan dans lequel est représentée la figure, il est à comprendre que des éléments amortisseur 8 pourraient naturellement prendre position sur la structure 1 de manière à ce que leurs cellules creuses 11 sétendent perpendiculairement au plan dans lequel est représentée
cette figure 1.
La figure 3 illustre une structure 100 selon un second mode de réalisation préféré de
l' invention.
Comme dans le premier mode de réalisation préféré décrit ci-dessus, la structure 100 comporte une pluralité d'éléments principaux structurels 2 fixés
entre ex et reposant fixement sur un sol 6.
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Dans ce mode de réalisation préféré, la structure 100 comprend également au moins un élément amortisseur de vibrations 108 non-structurel, de composition identique à celle représentée sur la figure 2, ou à l'une quelconque des compositions possibles
décrites ci-dessus.
Dans ce cas, deux éléments amortisseurs 108 équipent la structure 100, en prenant la forme de plots antivibratoires interposés entre les éléments principaux structurels 2 et le sol 6. Cette configuration spécifique conduit donc à l'obtention d'une fonction de suspension absorbante de vibrations, par interposition des éléments amortisseurs 108 entre la source de vibrations constituée par le sol, et la
structure 100 à préserver.
Par ailleurs, l'excellente raideur structurale de ces éléments amortisseurs 108, engendrée par la forte raideur de la couche en nidd'abeilles, permet avantageusement de ne pas ajouter trop de souplesse à la liaison mécanique prévue entre le sol 6 et la structure 100, tout en procurant une réduction de la réponse dynamique de cette structures 100 aux
excitations extérieures.
Selon un troisième mode de réalisation préféré de l' invention et en référence à la figure 4, on vot une structure 200 comprenant une pluralité d'éléments principaux structurels 2, montés rigidement
entre eux et reposant fixement sur un sol 6.
Dans ce mode de réalisation préféré, au
moins un élément amortisseur de vibrations 208 non-
structurel, similaire aux éléments amortisseurs 108 du
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second mode de réalisation décrit ci-dessus, est monté
fixement entre deux éléments principaux structurels 2.
Ainsi, chacune des deux couches en aluminium présente sur l'élément amortisseur 208 est fixée sur un élément principal structurel 2, afin que cet élément amortisseur 208 remplisse la fonction d'un plot antivibratoire au sein même de la structure 200, sans
pour autant ajouter de souplesse à cette structure 200.
I1 est naturellement envisageable de combiner les trois modes de réalisation qui viennent d'être présentés, afin de disposer d'une structure comportant différents types d'éléments amortisseurs de vibrations 8,108,208, améliorant encore davantage la capacité d'amortissement de la structure sur laquelle
ils sont adjoints.
Dans les trois modes de réalisation décrits ci-dessus, la structure présentée est du type structure en treillis destinée à supporter un ou une pluralité d'équipements 4. Néanmoins, il s'avère que cette structure peut être de tout type, porteuse ou non d'équipements récepteurs 4. A titre d'exemples, on peut citer des châssis de véhicule automobile, des charpentes de supportage soumises à des vibrations et dont les modes de vibrations perturbent des équipements
exigeant une grande stabilité.
Par ailleurs, l' invention trouve également une application dans le domaine des structures de lasers de puissance, des grands instruments optiques sensibles aux vibrations sismiques comme les télescopes, ou encore au domaine des détecteurs pour
accélérateurs de particules.
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Les Elements amortisseurs selon Invention sont également intégrables dans des cartes électroniques, ou dans des composants optiques pour des
systèmes embarqués.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du metier à l'élément amortisseur de vibrations 8,108,208 et aux structures 1,100,200 qui viennent d'être décrits,
uniquement à titre d'exemples non limitatifs.
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Claims (10)
1. Elément (8) non-structurel amortisseur de vibrations, ledit élément (8) étant destiné à être monté fixement sur au moins un élément principal structurel (2) d'une structure (1) susceptible d'être soumise à des vibrations, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche en nidd'abeilles
métallique (10).
2. Elément (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque couche en nid-d'abeilles métallique (10) est réalisée dans un matériau pris parmi le groupe constitué de l'aluminium et de ses alliages.
3. Elément (8) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une couche en nid-d'aboilles métallique (10) prise en sandwich entre deux plaques d'aluminium (12).
4. Elément (8) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque plaque d'aluminium (12) est collée à la couche en nid-d'abeilles métallique (10) par l'intermédiaire dune colle polyuréthane absorbante.
5. Elément (8) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de couches superposées en nid-d'abeilles
métallique (10).
6. Structure (1,100,200) susceptible d'être soumise à des vibrations, ladite structure (1,100,200) comprenant au moins un élément principal structurel (2) et étant également équipée d'au moins un élément
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amortisseur de vibrations (8,108,208) non-structurel monté fixement sur au moins un élément principal (2) de ladite structure (1,100,200), caractérisée en ce que chaque élément amortisseur de vibrations (8,108, 208) de la structure (1,100,200) est un élément amortisseur de
vibrations selon l'une quelconque des revendications
précédentes.
7. Structure (1,100,200) selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque élément amortisseur (8,108,208) de ladite structure (1,100,200) est collé sur au moins un élément principal structurel
(2) par l'intermédiaire d'une colle acrylique.
8. Structure (1) selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce qu'au moins un élément amortisseur (8) est exclusivement en contact avec au moins un élément principal structurel (2) sur une seule face de l'élément amortisseur (8), afin d' augmenter le coefficient d'amortissement naturel de
ladite structure (1).
9. Structure (100) selon l'une quelconque
des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'au
moins un élément amortisseur (108) est monté fixement entre une source de vibrations (6) et au moins un
élément principal structurel (2).
10. Structure (200) selon l'une quelconque
des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'au
moins un élément amortisseur (208) est monté fixement entre au moins deux éléments principaux structurels (2).
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