FR2858380A1 - Procede et dispositif d'attenuation de l'amplitude des vibrations - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de filtrage et d'atténuation des vibrations entre un premier élément 2 soumis à une onde de pression incidente et un second élément 3 rayonnant une onde de pression filtrée.Il comprend une structure d'interface de transfert d'énergie vibratoire constituée d'un composant élastique 1 et d'un composant dissipatif 7 fixé en parallèle du composant élastique, pour assurer une filtration et une atténuation de l'onde de pression incidente. Le composant dissipatif 7 est constitué de deux armatures rigides distinctes 4, 5 permettant d'assurer, ponctuellement ou continûment, des fonctions de déviation, éventuellement, par un effet de bras de levier, d'amplification des énergies vibratoires engendrées par les composants élastiques 1 vers un matériau dissipatif 6 interposé entre elles, ledit composant dissipatif 7 assurant un amortissement du composant élastique.

Description

Le secteur technique de la présente invention est celui

du filtrage et de l'atténuation vibro-acoustique des vibrations d'origine mécanique transmises entre deux structures afin de les protéger mutuellement de leur environnement vibratoire.

Tout élément ou structure, inclus dans un système mécanique comportant une source de vibrations d'origine mécanique, reçoit des excitations vibratoires et/ou acoustiques provenant de la source, modifiée voir amplifiée 10 par la réponse dynamique de chacun des éléments structurels constituant le système.

Pour assurer la tenue mécanique du système, les structures ou les éléments doivent être reliés entre eux par des fixations intégrant une rigidité statique et dynamique 15 suffisante.

Pour diminuer l'énergie vibratoire transmise d'une structure à une autre quand elles sont reliées mécaniquement, deux types de solutions connues sont utilisés à ce jour: filtrage et atténuation.

La première solution consiste à filtrer mécaniquement les excitations d'entrée de la structure à protéger. L'efficacité du système filtrant est intrinsèquement liée à la fréquence de résonance du système sous charge: plus ses fréquences de coupure sont basses, plus le système est efficace. Toutefois, 25 cette souplesse causée par une fréquence de coupure basse, conduit à de forts débattements sous charge, incompatibles avec l'environnement proche et qui précipitent la ruine par fatigue du système.

Pour ce faire, le filtrage peut être obtenu en intégrant 30 aux interfaces de la structure à protéger, des systèmes souples élastiques (lame, ressort métallique ou composite) ou hydraulique-élastiques (fluide) ou hyper-élastiques (élastomère, silicone, alliage spécifique).

La suspension élastique, bien qu'elle assure la tenue 35 statique et dynamique avec des gains vibratoires et/ou acoustiques potentiels, présente une résonance propre très faiblement amortie, injectant à cette fréquence, des niveaux rédhibitoires dans la structure à protéger (déplacements ou accélérations en basse fréquence au niveau des modes résonnant).

Les brevets FR-2 674 590 et JP-2 658 887 décrivent des suspensions hydrauliques qui sont constituées de chambres 5 remplies de fluide visqueux communicant par un canal étroit.

Lorsque la suspension est sollicitée par un choc ou par des vibrations induisant des déplacements relatifs, le fluide va circuler préférentiellement vers une chambre ou vers une autre suivant la direction d'excitation, avec une fonction de 10 laminage qui va convertir l'énergie vibratoire en échauffement local. L'incompressibilité du fluide participe à la tenue de la suspension et sa circulation permet un amortissement des efforts introduits. Ces suspensions sont largement utilisées dans le domaine automobile, en 15 particulier pour découpler le châssis du train de roulement.

Toutefois, elles ne fonctionnent que sur un seul degré de liberté et la viscosité du fluide ne permet pas d'assurer une performance du comportement sur une bande large de fréquence.

Ces systèmes suspension/amortisseur sont réservés au filtrage 20 en très basse fréquence.

Des suspensions hyper-élastiques sont constituées de blocs épais de matériaux élastomères suivant, par exemple, les brevets FR-2 704 612 ou FR-2 762 564. La souplesse de ces suspensions est incompatible avec le besoin de rigidité 25 statique et dynamique et elle implique alors la mise en place de butées. Le comportement de ces systèmes, forcément triaxial, est complexe, voire aléatoire ce qui limite la prédiction du dimensionnement. De plus, leur comportement en haute fréquence se dégrade (effet de raidissement structurel) 30 et leur architecture matériau supporte mal les niveaux injectés (vieillissement prématuré) ce qui impose de fortes marges de sécurité dans leur dimensionnement.

Pour palier les inconvénients ci-dessus, des solutions de suspensions hyper-élastiques sont constituées de couches 35 superposées alternées de matériau amortissant et de métal avec ou sans butée. Les lames travaillent alors en flexion (brevet FR-2 678 221), en cisaillement (brevet EP-0 155 209) ou en flambage (brevet FR-2 672 351), en assurant une fréquence basse de coupure et la tenue mécanique. Compte tenu de l'architecture du procédé d'amortissement (couches alternées de matériaux hyper élastiques et métalliques), les performances d'amortissement sont faibles. De plus, lorsque 5 la butée est sollicitée sur le seul degré de liberté, la raideur augmente brutalement et réinjecte de forts niveaux vibratoires dans la structure.

Indépendamment du filtrage, pour réduire les nuisances vibratoires et acoustiques rayonnées par une structure 10 mécanique, de multiples solutions connues sont basées sur le critère de séparation entre la fréquence de résonance de la structure et la fréquence de l'excitation en jouant sur les paramètres masse et raideur.

Une solution consiste à augmenter la masse de la 15 structure par recouvrement des surfaces rayonnantes avec des matériaux à haute densité (par exemple des produits bitumineux). Cette solution présente une certaine efficacité sur la bande des hautes fréquences de la structure mais dégrade son comportement en basse fréquence. Elle entraîne de 20 plus, une augmentation substantielle de l'encombrement et de la masse.

Une autre solution consiste à augmenter la raideur de la structure de manière à rejeter la fréquence des modes résonnants au-delà du spectre d'excitation. Cet objectif est 25 difficile à atteindre car ces structures hyper-raides sont logiquement alourdies par les systèmes de raidissage: le rapport coût sur performance reste élevé. De plus, la résistance à la fatigue est réduite à cause des concentrations ponctuelles de contraintes avec l'apparition 30 de nouveau modes de résonance dans les hautes fréquences.

Cette solution ne résout pas la problématique de résonance dans les hautes fréquences.

Une classe de solution initie la notion d'apport d'amortissement à partir de matériau viscoélastique 35 précontraint. Cette solution permet de dissiper les vibrations des structures pouvant être à l'origine d'un rayonnement acoustique, grâce au recouvrement de la surface rayonnante par un sandwich de matériau viscoélastique / film métallique. Cette solution entraîne un surplus de masse pour des performances d'amortissement limitées.

Enfin, une solution, telle que définie dans un document international déposé par la demanderesse W097/11451 permet 5 d'accroître significativement l'amortissement des structures sur une large bande de fréquence. Cette technologie, judicieusement fixée en parallèle de la surface rayonnante d'une structure soumise à des excitations vibratoires, permet de dévier les ondes vibratoires, de les amplifier puis de 10 convertir les énergies vibratoires en une autre forme d'énergie. La dissipation d'énergie, ainsi engendrée dans la structure par le dispositif parallèle, permet d'apporter un fort amortissement sur un grand nombre de modes résonnants avec un impact limité sur la masse et la raideur de la 15 structure. Mais il ne s'agit de relier deux structures.

Cet état de l'art permet donc d'identifier d'un côté des solutions dites "séries" offrant une tenue statique et dynamique en assurant le filtrage sur une bande réduite de fréquences basses ou hautes; d'un autre côté, des solutions 20 dites "parallèles" assurant une forte atténuation des réponses vibratoires des modes propres des structures sur une large bande de fréquence.

La demande W001/92754 décrit une poutre présentant une structure tout à fait particulière destinée à être insérée 25 entre une structure vibrante et une structure fixe. Telle que présentée, sa conformation implique une forte rigidité statique et dynamique, incompatible avec un filtrage et une atténuation basse fréquence.

Ainsi, il n'existe pas de solutions technologiques 30 "séries" permettant de combiner l'ensemble des fonctionnalités indiquées ci-dessus, à savoir un fort amortissement et un fonctionnement sur une large bande de fréquence.

C'est l'objet de la présente invention que de fournir un 35 tel système.

L'invention a donc pour but de permettre un filtrage avec un important amortissement des amplifications aux fréquences de résonance entre deux structures, sur une très large bande de fréquence et d'amplitude d'efforts mécaniques appliqués.

L'invention a pour objet un procédé d'atténuation et de filtrage de l'amplitude des vibrations d'origine mécanique 5 d'une structure à découpler, caractérisé en ce qu'on réalise un filtrage de l'onde de pression incidente associé à une atténuation, par apport d'amortissement, de l'onde de pression filtrée transmise à la structure, sur une très large bande de fréquence et d'amplitude d'efforts mécaniques 10 appliqués sur ladite structure.

Avantageusement, le procédé associe une suspension série sous la forme d'un ensemble suspension monté en série entre deux éléments de la structure, à un dispositif amortisseur monté en parallèle de la suspension.

Avantageusement, le dispositif amortisseur est de type parallèle et présente une géométrie interne apte à réaliser une déviation, éventuellement une amplification et une localisation des vibrations pour assurer une atténuation de la l'onde de pression filtrée, et la suspension série 20 présente en même temps une fonction de support statique suffisamment rigide, et des fonctions dynamiques de filtrage à caractéristiques variables suivant le niveau du chargement appliqué à la structure.

L'invention concerne également un dispositif de filtrage 25 et d'atténuation des vibrations entre un premier élément soumis à une onde de pression incidente et un second élément rayonnant une onde de pression filtrée, caractérisé en ce qu'il comprend une structure d'interface de transfert d'énergie vibratoire constituée d'au moins un composant 30 élastique et d'au moins un composant dissipatif fixé en parallèle du composant élastique, pour assurer une filtration et une atténuation de l'onde de pression incidente.

Avantageusement, la structure d'interface comprend une pluralité de composants élastiques, positionnés en série 35 entre les deux éléments, et une pluralité de composants dissipatifs fixés chacun en parallèle de chaque composant élastique.

Avantageusement encore, le composant dissipatif est constitué de deux armatures rigides distinctes permettant d'assurer, ponctuellement ou continûment, des fonctions de déviation, éventuellement, par un effet de bras de levier, 5 d'amplification des énergies vibratoires engendrées par les composants élastiques vers un matériau dissipatif interposé entre elles, ledit composant dissipatif apportant de l'amortissement au composant élastique.

Selon une réalisation, le composant dissipatif présente 10 un profil linéique et est constitué d'un ensemble d'armatures rigides alignées, fixées par leurs bases sur le composant élastique et indépendantes entreelles de telle façon que leurs mouvements relatifs, correspondant à une amplification par effet de bras de levier de la réponse vibratoire du 15 composant élastique, sont transmis par leur extrémité à un matériau dissipatif, sur lequel est montée une plaque de contrainte continue ou non, pour transférer l'énergie vibratoire vers l'ensemble d'armatures.

Selon une autre réalisation, le composant dissipatif est 20 de révolution et est constitué d'un ensemble d'armatures rigides, réparties cycliquement ou non autour d'une partie centrale, fixé rigidement ou non à une extrémité sur le composant élastique d'un coté, et indépendant à l'autre extrémité, de façon que les mouvements relatifs de ces 25 armatures soient transmis à des matériaux dissipatifs, et de l'autre à une plaque de contrainte continue ou non apte à assurer, au travers des matériaux dissipatifs, le maintien de l'ensemble des armatures.

Selon encore une autre réalisation, le composant 30 élastique comprend un assemblage de deux sous-ensembles de révolution, à profil évolutif continu ou non de type lame élastique, dont une au moins de leurs extrémités présente une surface de contact évolutive, l'ensemble étant compléter par une zone dans laquelle sont insérés les matériaux 35 dissipatifs.

Avantageusement, les lames élastiques présentent une raideur potentiellement non linéaire conférée par leur profil géométrique évolutif pour assurer un contact progressif de la lame avec le profil complémentaire de l'autre lame, pour assurer une fréquence de filtrage évolutive et un débattement relatif maîtrisé des lames en fonction de la charge dynamique appliquée.

Selon encore une autre réalisation, la structure d'interface est de révolution et est composée d'une lame élastique reliée rigidement à l'élément et d'une lame élastique reliée rigidement à l'élément, les lames étant au niveau de leurs extrémités libres reliées entre elles et 10 enroulées autour d'un anneau élastique ou non par l'intermédiaire de couches de matériaux dissipatifs, et venant en contact direct en fonction de la charge dynamique appliquée pour assurer la fonction de filtrage et d'atténuation non linéaire.

Avantageusement, les lames élastiques présentent une raideur potentiellement non linéaire grâce à leur profil géométrique évolutif et par le contact progressif entre les lames dont les profils sont mutuellement complémentaires de leur déformation maximale admissible respective, pour assurer 20 en fonction de la charge dynamique appliquée la fréquence de filtrage évolutive et un débattement relatif maîtrisé voire limité des éléments.

Avantageusement encore, le matériau dissipatif réalise la conversion de l'énergie vibratoire en une autre forme 25 d'énergie, par exemple thermique par frottement entre matériaux ou avec des matériaux viscoélastiques, électrique avec des matériaux piézoélectriques, magnétique avec des matériaux magnéto-strictifs, ou toute autre forme d'énergie.

Avantageusement encore, le composant élastique présente 30 au moins deux dimensions et peut être formé par des assemblages de poutres, de barres droites ou courbes, de volumes pleins, de plaques planes ou de formes plus complexes et en ce que ses propriétés élastiques sont extraites à partir de matériaux élastiques, métalliques ou non, homogène 35 ou non, isotropes ou anisotropes.

Un résultat de la présente invention réside dans le fait que le procédé de filtrage et d'atténuation de l'amplitude des phénomènes vibratoires d'origines mécaniques, transmis à, et/ou rayonnés par des structures vers un élément ou vers une autre partie de structure est remarquable en ce qu'il associe les fonctions de support, filtrage et amortissement sur une large gamme de fréquences de fonctionnement et de charge d'excitation.

Un autre résultat de l'invention réside le filtrage et l'atténuation de l'amplitude des phénomènes vibratoires d'origines mécaniques transmis à, et/ou rayonnés par des structures vers un élément ou vers une autre partie de 10 structure, est remarquable en ce qu'il réalise une fonction dite "série" en l'associant avec un processus dit en "parallèle", fonctionnant sur une large gamme de fréquences.

Cette association en l'améliorant permet d'en élargir le champ d'application.

Un autre résultat de l'invention réside dans la maîtrise de la nonlinéarité introduite dans la structure série et est remarquable en ce qu'elle permet de contrôler les débattements admissibles, ceci en fonction de la charge à appliquer sur cette structure.

Un autre résultat de l'invention réside dans un procédé de construction d'une suspension dite série d'un objet ou d'une structure quelconque, basé sur la multiplicité interne des dispositifs et remarquable en ce que ce procédé permet une utilisation de la suspension suivant un ou plusieurs 25 degrés de liberté.

Un autre résultat de l'invention réside dans l'association d'une suspension dite série d'un objet introduisant des non-linéarités, avec le procédé dit parallèle est remarquable en ce qu'il permet de réunir les 30 performances des deux dispositifs (large bande de fréquence, fort amortissement, forte charge d'excitation) dans un faible volume et pour une faible masse.

Un autre résultat de l'invention réside dans le filtrage par une suspension élastique, placée en série entre les 35 structures à isoler, dont la souplesse potentiellement non linéaire, permet de maximiser la fonction filtrante au-delà de sa propre fréquence de résonance.

Un autre résultat encore de l'invention réside dans le fait que la suspension élastique permet d'assurer le maintien statique de la charge et des amplitudes de déplacements dynamiques précis et limités sur la large gamme de fréquence et de charges d'excitation.

Un autre résultat encore de l'invention réside dans le fait que la suspension élastique série assure une déviation du sens de vibration de l'onde incidente vers un dispositif amortisseur placé en parallèle de cette suspension.

Un autre résultat encore de l'invention réside dans la capacité du dispositif amortisseur d'apporter de l'amortissement structurel dans la suspension élastique et d'en atténuer, de ce fait, sa réponse vibratoire.

Avantageusement, l'association de deux structures avec un 15 dispositif amortisseur permet de convertir les énergies vibratoires associées à l'onde incidente en une autre forme d'énergie dissipée localement. Les caractéristiques d'amortissement du dispositif global ainsi réalisé, sont alors celles du dispositif amortisseur associé. Partant de 20 cet état de fait, la demanderesse a mené des recherches visant à améliorer les dispositifs amortisseurs parallèles précédemment développés par elle et donnant déjà une forte atténuation de la réponse vibratoire des modes résonnants et de déformation de la suspension élastique, pour développer 25 ses performances dans le cadre d'une association avec un dispositif série, élargissant ainsi son champ d'application.

L'introduction de non-linéarités et de leur maîtrise permet à la suspension élastique série de limiter les débattements de l'élément suspendu, dans le cas de forte 30 charge d'excitation, ceci sans reinjecter de perturbations ni chocs supplémentaires dans l'élément.

L'association de non-linéarités avec les dispositifs amortissants parallèles connus est remarquable en ce qu'elle améliore l'exploitation de ses caractéristiques d'amortissement, notamment dans le cas de forte charge d'excitation.

L'association d'une suspension série non-linéaire avec les dispositifs amortissants parallèles connus est remarquable en ce qu'elle permet de réaliser une suspension ayant de bonnes performances d'amortissement (large bande de fréquence, fort amortissement, forte charge d'excitation) dans un volume restreint avec un faible poids.

La multiplicité interne des dispositifs amortisseurs et des nonlinéarités est remarquable en ce qu'elle donne à la suspension les bonnes performances déjà mentionnées, ceci suivant un ou plusieurs degrés de liberté.

La géométrie interne de la suspension série, réalisée 10 avec des éléments mécaniques, est remarquable en ce que le positionnement statique qu'elle assure n'évolue pas dans le temps comme c'est le cas des suspensions séries connues composée d'élastomères.

D'autres caractéristiques, détails et résultats de 15 l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture du complément de description qui va suivre, donné à titre d'exemple, en relation avec un dessin sur lequel: - la figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un matériau selon l'invention dans des 20 configurations de niveau d'ondes vibratoires transmises, - puis on va décrire un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, - puis le principe d'amortissement uni-directionnel selon l'invention, - puis des variantes du principe permettant un amortissement et une dissipation multidirectionnelle, - puis un autre exemple de réalisation l'invention, - puis un autre exemple de réalisation du dispositif selon l'invention.

Pour mieux illustrer le procédé et le dispositif selon l'invention, on va considérer l'application d'une onde, d'origine mécanique, vibratoire, micro-vibratoire ou nanovibratoire en entrée par sa surface incidente et une onde vibratoire, potentiellement sonore, en sortie par sa surface 35 rayonnante.

Selon le comportement dynamique d'un matériau placé entre une surface incidente et rayonnante, l'onde transmise sera plus ou moins atténuée. Ainsi, lorsque le comportement du matériau est neutre devant le champ d'excitation, l'onde incidente est intégralement transmise à la surface rayonnante. A l'inverse, la souplesse du matériau peut générer une augmentation de l'onde rayonnante (surtension à 5 la résonance du système) , avant que le filtrage ne devienne efficace.

L'invention vise le filtrage de l'onde incidente et l'atténuation de l'onde de pression générée par la surface rayonnante d'un matériau constituant un élément soumis à des 10 vibrations, d'origine mécanique, au niveau de la surface incidente. Ledit matériau est composé d'une association de structures élastiques et dissipatives définissant une structure d'interface de transfert d'énergie vibratoire.

Par matériau à structure dissipative, on entend un 15 matériau dont les particules génèrent des efforts non proportionnels aux déplacements relatifs qui leur sont imposés et qui ne restituent pas la totalité des énergies de déformations transmises.

Suivant l'invention, le matériau dissipatif peut réaliser 20 la conversion de l'énergie vibratoire en une énergie thermique à partir de ses caractéristiques viscoélastiques, par frottement entre deux structures ou tout autre mode.

Suivant l'invention, le matériau dissipatif peut réaliser la conversion de l'énergie vibratoire en une énergie 25 électrique à partir de ses caractéristiques piézoélectriques ou magnéto-strictives.

On a représenté sur la figure 1, un assemblage composé d'une combinaison par juxtaposition ou superposition ou emboîtement transversal ou longitudinal de motifs 30 géométriques pluridimensionnels qui réalise une structure anisotrope dissymétrique, c'est à dire présentant suivant l'un quelconque de ses axes des motifs pleins dissymétriques, et des cavités dissymétriques qui contribuent à perturber la transmission de l'onde, quelle que soit sa direction 35 originelle. La structure selon la présente description est un corps géométrique entrant dans la composition de la structure du dispositif et dans la mise en ouvre du procédé. Cette structure a au moins deux dimensions et peut être formée par des assemblages de poutres, de barres droites ou courbes, de volumes pleins, de plaques planes ou de formes plus complexes, ainsi qu'il sera en détail ci-après.

Sur la figure 1, on a schématisé le principe retenu pour 5 amplifier les déformations et basé sur l'utilisation d'un matériau ou structure 10 fortement anisotrope. La structure d'interface 10 est interposée entre un premier élément 2 fixé rigidement à un support (non représenté) et un second élément 3 soumis à des vibrations. Cette structure 10 est constituée 10 de lames élastiques 1. On donne à ces lames 1 une géométrie et une orientation qui pilotent l'évolution de la nonlinéarité de raideur en fonction de leur allongement 1, on voit que les lames 1 présentent une partie 9 fixée à l'élément 3 et une autre partie 11 fixée à l'élément 2. Sur 15 chaque lame, on implante un dispositif amortisseur 7 constitué d'une structure constituée de deux armatures 4 et 5 dont les extrémités libres sont réunies à l'aide d'une structure dissipative 6.

Bien que le système soit complètement bijectif, on note, 20 par souci de simplification, valable pour l'ensemble des réalisations décrites ciaprès, l'élément 2 comme l'élément par lequel est transmis l'onde vibratoire incidente et l'élément 3, comme l'élément transmettant l'onde de pression rayonnante.

Lorsque l'effort fl transmis par l'onde d'origine vibratoire Oi est appliqué, les lames, en déviant le sens vibratoire incident, se déforment suivant un mécanisme établi d'avance sur leur propre comportement modal. En parallèle de chaque lame, le dispositif amortisseur 7 permet grâce aux 30 armatures 4 et 5 judicieusement positionnées sur chaque lame, de dévier, puis éventuellement d'amplifier ces énergies. Ces dernières sont enfin transmises dans la ou les directions privilégiées au sein de la structure dissipative 6, par l'intermédiaire des armatures 4 et 5.

Sous l'action du chargement dynamique et grâce aux types de déformation potentiels des lames 1, fonction de leur profil évolutif, la distribution des énergies vibratoires et le niveau des contraintes internes dans les lames 1 et par conséquent leur raideur, sont modifiés. Ce mécanisme étant établi par avance, le dispositif amortisseur 7, à efficacité large bande, est donc toujours capable de dissiper ces énergies. Sur la figure 1, où on considère le taux de 5 déformation des lames 1 faible, la structure 10 est suffisamment souple, pour supporter statiquement l'élément 3, limiter ses débattements et filtrer à basse ou haute fréquence la majorité des efforts Fl. On utilise alors les propriétés d'amortissement à basse ou haute fréquence et à 10 faible déformation de la structure dissipative. Sur la figure, sous un fort chargement dynamique, la raideur des lames 1 croît très fortement avec leur taux de déformation.

La structure 10 est donc raidie, ce qui limite les débattements au niveau souhaité. Mais sous l'action combinée 15 de la masse dynamique de l'élément 3, cette structure reste suffisamment souple pour filtrer dès les basses fréquences.

On utilise alors les propriétés d'amortissement à basse fréquence et à taux de déformation limité de la structure dissipative.

Les caractéristiques de raideur, par extension de tenue, et d'amortissement de l'ensemble restent donc respectivement pilotées, et cela quel que soit le niveau ou la fréquence de l'excitation dynamique, par celles de la suspension et de la structure dissipative.

Avec la conformation anisotrope présentée ci-dessus, il est donc possible de réaliser une suspension dont la raideur est faible à basse fréquence et à bas niveau de sollicitations et beaucoup plus forte lorsque les efforts appliqués sont plus importants. Cette forte non-linéarité 30 géométrique permet de réaliser des suspensions souples amorties tout en intégrant une rigidité à haut niveau de déformation. Les butées des plots amortisseurs ne sont plus nécessaires. De plus, les variations brusques de raideurs liées à des butées mécaniques de fin de course (butée 35 franche) n'existent plus. Les phénomènes de chocs limitant les durées de vie des équipements sont ainsi supprimés.

En variante, on décrit un autre mode de réalisation de l'invention sous la forme d'une structure placée entre la surface incidente de l'élément 2 et une surface rayonnante 9 de l'élément 3. La structure est constituée de deux sousensembles emboîtés l'un dans l'autre à une des extrémités. A une autre extrémité, le sous-ensemble est partiellement pris 5 en sandwich entre les armatures du sous-ensemble grâce au composant dissipatif 6 en délimitant des lames constituant la structure d'interface. Ces lames représentent respectivement les parties centrales des sous- ensembles, et elles présentent un profil de section évolutive, dont la base est fermement 10 fixée respectivement aux surfaces incidente et rayonnante. Ceprofil peut être continu ou discontinu, axisymétrique ou dissymétrique.

L'adoption d'une lame élastique, par exemple, en matériau composite, tel que les fibres de verre ou carbone, noyées 15 dans une matrice synthétique polymérisée, permet d'obtenir des caractéristiques mécaniques fortement anisotropes et résistantes sous de fortes charges.

Les liaisons entre les sous-ensembles permettent de précontraindre les lames en flexion ou traction ou torsion, de 20 manière à ce que, sous l'effet du poids de l'élément 3, le système se trouve en repos dans une zone de fonctionnement à raideur moyenne.

L'ensemble des caractéristiques dimensionnelles et les matériaux constituant les lames concourent à exacerber la 25 non-linéarité de leur comportement en fonction de la charge dynamique appliquée.

Lorsqu'un chargement dynamique est transmis entre les surfaces incidente 11 et rayonnante 9, les lames se déforment suivant différents mécanismes préétablis (flexion, flambage, 30 torsion, traction,...) en fonction du niveau et de la fréquence de l'excitation. Ces différents modes de déformation induisent une modification de la raideur du matériau élastique. Les fréquences propres des lames sont donc modifiées, ce qui permet de contrôler et d'étendre les 35 fréquences de filtrage du procédé.

Afin d'augmenter le comportement dynamique non linéaire de l'élément filtrant, la base du sous-ensemble dispose au niveau de l'extrémité, d'un profil présentant une surface de contact potentielle avec le profil de la lame, en épousant la forme de la déformée maximale admissible de la lame. Le contact n'est pas établi lorsque le taux de déformation de la lame est faible. Au-delà d'un certain seuil, le contact est 5 initié sur une faible portion de la lame. Le comportement de la lame est alors faiblement modifié. Si le chargement dynamique augmente, la surface de contact augmente progressivement et le comportement dynamique de la lame est fortement perturbé avec un impact non négligeable sur 10 l'augmentation de raideur.

L'impact d'un tel apport de non-linéarité du type contact permet d'atteindre des forts niveaux de chargement dynamique, que ce soit en basse et haute fréquence sans risque d'endommagement du dispositif. La complémentarité du profil 15 du sous-ensemble et l'état déformé de la lame permet d'éviter toute mise en contact brutal à l'inverse des butées franches connues.

La perturbation de la transmission de l'onde entre la surface incidente 11 et rayonnante 9 est déviée vers le 20 dispositif amortisseur, dans une zone assurant des déplacements ou rotations relatifs maximales des lames suivant leur déformation. Les dispositifs amortisseurs pris en sandwich entre une partie rigide du sous-ensemble, et les lames élastiques permettent d'absorber les énergies relatives 25 par l'intermédiaire d'une liaison adéquate quelle soit rigide, rotoïde, sphérique ou souple suivant des directions privilégiées.

L'ensemble du dispositif décrit remplit dans sa globalité la fonction d'amortissement selon l'invention, permettant 30 d'assurer les fonctionnalités de déviation, d'amplification et de conversion des énergies d'origine vibratoire et /ou acoustiques.

Ainsi, dans l'application qui vient d'être décrite, les dispositifs amortisseurs réalisent une dissipation de 35 l'énergie des vibrations issues des lames grâce à l'ajout d'un matériau viscoélastique 6 dans des zones où l'énergie de l'onde vibratoire est concentrée par la microgéométrie de ce matériau. La structure du matériau permet de dévier et de privilégier un ou des degrés de liberté du matériau pour lequel l'amortissement viscoélastique est le plus efficace.

L'application de l'invention permet donc de dévier l'énergie de l'onde vibratoire incidente dans les zones des lames, puis 5 de la dissiper sous une autre forme dans des zones bien définies et selon des directions qui impliquent certains modes de vibration d'origine mécanique de la paroi rayonnante.

Les propriétés internes du matériau composite que 10 constitue la zone influencent la réponse vibratoire des lames en amortissant ses vibrations. Dès lors, le procédé et le dispositif selon l'invention dispose des fonctionnalités suffisantes pour répondre au besoin de filtrage et d'amortissement souhaité par l'utilisateur.

Selon l'invention, le dispositif d'amortissement parallèle, utilisé dans la suspension série ou avec toute autre structure, peut prendre différents profils ou géométries, dès lors qu'il respecte le procédé et le dispositif d'amortissement selon l'invention. La forme la 20 plus simple est représentée sur la figure 1, où le matériau 6 convertisseur de l'énergie peut être agencé entre les deux plaques rigides de la structure 7, elle-même liée à une lame par l'intermédiaire de plaques rigides 4 et 5 si on se réfère au mode de réalisation selon la figure 1. Le mode de 25 fonctionnement privilégié pour la conversion correspond à une déviation des énergies vibratoires issues de la lame 1 par l'intermédiaire des plaques, un transfert, grâce aux plaques 4 et 5, de ces énergies vers le matériau dissipatif. Dans le cas présenté, la dissipation est engendrée par un 30 cisaillement dynamique du matériau 6.

Dès lors que les énergies vibratoires le justifient, le procédé peut intégrer une fonctionnalité d'amplification des vibrations avant qu'elles soient transmises aux plaques, en favorisant l'effet bras de levier des plaques 4 et 5. Cette 35 amplification peut être aussi réalisée soit par la géométrie interne de la suspension série elle-même ou de la structure sur lesquelles le dispositif est monté en parallèle, soit par le fait de le fixer entre deux points non contigus.

A titre d'exemple, on décrit de manière non exhaustive, différentes formes que peut prendre le dispositif d'amortissement parallèle amélioré pour être utilisé dans la suspension série ou dans toute autre structure.

On décrit une réalisation dans laquelle les armatures 4 et 5 présentent un profil en T, reliées à leur base aux lames 1 et entre lesquelles est intégré, au niveau de leur extrémité respective, est intégré le matériau dissipatif 6.

On décrit de manière non exhaustive, des formes 10 particulières que peut prendre le dispositif d'amortissement parallèle. Une réalisation est obtenue à l'aide d'un ensemble d'armatures rigides 5 alignées, fixées à leurs embases sur le composant élastique équivalent à la lame 1 et indépendantes entre-elles au niveau de leurs extrémités supérieures. A ces 15 extrémités, leur mouvement relatif correspond à une amplification par effet bras de levier de la réponse vibratoire du composant élastique et est transmis à la surface inférieure du matériau dissipatif 6. La face supérieure de ce matériau dissipatif 6 est maintenue par une 20 plaque de contrainte rigide continue ou non continue. Les déformations relatives subies par le matériau dissipatif, maximales d'un coté et nulles de l'autre, permettent de convertir efficacement un fort niveau d'énergie vibratoire.

Dans des exemples selon d'autres réalisations, la 25 déviation, l'amplification et la conversion sont réalisées par une mise en oeuvre, dite linéique, des dispositifs dans le sens où elle favorise un traitement bidirectionnel. D'autres formes d'allure surfacique sont identifiées dès lors qu'elles permettent un traitement tridirectionnel.

Ainsi, on a décrit une forme surfacique en "marguerite" dans laquelle à titre d'exemple applicable aussi pour les autres formes, le matériau dissipatif 6 décrit précédemment peut être formé par des éléments viscoélastiques, piézoactifs, magnétostrictifs, ou autre possédant une 35 fonction de conversion d'énergie en une autre forme d'énergie. Ces éléments convertissent alors l'énergie vibratoire en énergie thermique, électrique, magnétique ou autre.

Dans cette réalisation, un composant élastique, équivalent à la lame 1 est constitué d'un ensemble de lames indépendantes, solidaires au niveau de leur partie centrale illustrant la structure d'interface. Cette partie centrale 5 est liée, par l'interface rigide 9, au composant élastique dont la réponse vibratoire est à atténuer. Chaque lame est munie d'au moins une ondulation permettant d'amplifier dans des directions privilégiées les mouvements vibratoires perçus au niveau de l'interface 9. La surface plane inférieure à 10 l'extrémité de chaque lame est reliée au composant par l'intermédiaire d'un composant dissipatif. La surface plane supérieure à l'extrémité de chaque lame est reliée à une plaque de contrainte par l'intermédiaire d'un autre composant dissipatif. La plaque de contrainte est continue et permet 15 ainsi de relier par l'intermédiaire du composant dissipatif une multitude de motifs marguerite comme cela a été décrit sur une réalisation.

Ainsi, la conformation permet d'amplifier l'ensemble des mouvements relatifs entre les centres associés à chaque 20 composant, les extrémités planes des lames et de la plaque de contraintes. Cette amplification est déviée au sein du matériau dissipatif pour une conversion d'énergie performante.

Le dispositif qui vient d'être décrit, multiplié 25 judicieusement sur la surface dont la réponse vibratoire est à atténuer, est particulièrement adapté à l'amortissement et l'atténuation des vibrations de plaques de grandes dimensions, par exemple des tôles minces de carrosserie.

Sur des réalisations, on a décrit, par extension et 30 association judicieuse des caractéristiques du dispositif amortissant, une variante du dispositif de filtrage et d'atténuation entre une surface incidente 9 et une surface rayonnante 11 découlant d'un exemple de réalisation. Chaque motif, de symétrie cyclique, est ainsi constitué d'un 35 assemblage judicieux autour d'un anneau, de lames élastiques.

Cet assemblage intègre une fonction amortissante par l'intermédiaire de matériaux dissipatifs disposé entre l'anneau et la lame et de matériaux dissipatifs disposé entre les lames, constituant la structure d'interface. Dans ce cas, chacun des motifs dispose de bases constituant ses surfaces incidente et rayonnante, vis à vis des motifs environnants.

Les lames présentent un profil de section évolutive, 5 convergeant vers des parties centrales fermement fixées aux surfaces incidente et rayonnante, telles les surfaces respectives 9 et 11 représentées sur une réalisation. Ce profil peut être continu ou discontinu, axisymétrique ou dissymétrique.

L'anneau de liaison des lames permet de pré-contraindre, à partir de ces propriétés élastiques, les lames en flexion ou traction ou torsion, de manière à ce que, sous l'effet du poids de l'élément pesant induisant la surface rayonnante 11, le système se trouve en repos dans une zone de fonctionnement 15 à faible raideur.

L'ensemble des caractéristiques géométriques et matériau des lames concourent à exacerber la non-linéarité de son comportement en fonction de l'onde vibratoire. On décrit en coupe des lames enroulées autour de l'anneau à une extrémité 20 et réunies à l'autre extrémité pour délimiter la surface incidente 9. De la même manière, le profil intérieur des lames présente une prédisposition à épouser le profil extérieur des lames lorsque ces dernières atteignent une amplitude de déformation maximale. Les lames sont réunies à 25 l'autre extrémité pour délimiter la surface rayonnante 11.

Lorsqu'un chargement dynamique est transmis entre les surfaces incidente 9 et rayonnante 11, les lames se déforment suivant différents mécanismes préétablis (flexion, flambage, torsion, traction,...) en fonction de leur profil initial, du 30 niveau et de la fréquence de l'excitation. Ces différents types de déformation induisent une modification de la raideur du dispositif de filtrage.

Les fréquences propres des lames sont donc modifiées, ce qui permet de contrôler et d'étendre les fréquences de 35 filtrage de l'ensemble.

Afin d'augmenter le comportement dynamique non-linéaire de l'élément filtrant, le profil intérieur de la lame présente une surface de contact potentielle avec la lame, en épousant la forme de la déformée maximale admissible de la lame. Le contact n'est pas établi lorsque le taux de déformation de la lame est faible. Au-delà d'un certain seuil, le contact est initié sur une faible portion de la 5 lame. Le comportement de la lame est faiblement modifié. Si le chargement dynamique augmente, la surface de contact augmente progressivement et le comportement dynamique de la lame est fortement perturbé avec un impact non négligeable sur l'augmentation de raideur, et donc sur l'adaptativité de 10 la fonction découplage.

L'ensemble des déformations des lames génèrent des rotations relatives autour de l'anneau. Les énergies de déformations sont donc déviées et amplifiées dans cette zone.

La présence de matériaux amortissants entre les interfaces 15 des éléments permet d'assurer la fonction de conversion des énergies d'origine vibratoire et/ou acoustique en une autre forme d'énergie, permettant d'intégrer de l'amortissement dans la structure sur laquelle le dispositif est monté.

Cet exemple particulier est utilisable pour amortir les 20 vibrations des machines tournantes ou toutes autres structures vibrantes. Les lames peuvent être reliées à un moyen de jonction au niveau de l'élément 3 par la surface 9 et les lames au niveau de l'élément 2 par la surface 11.

Il va sans dire que des outils de calcul de 25 dimensionnement et des méthodes permettent d'adapter la géométrie des lames et l'ensemble des composants dissipatifs décrits afin d'obtenir un optimum de performance. La géométrie de la lame est établie de façon à contrôler les différentes fréquences de filtrage souhaitées. Suivant l'état 30 de déformation du dispositif selon l'invention (sous un chargement appliqué), on comprend que l'on passe d'une configuration de suspension avec des fréquences de coupure données à un autre état pour lequel les fréquences de coupure sont modifiées. Lorsqu'on augmente le chargement, on 35 recherche une propriété de non-linéarité qui permet de limiter l'amplitude des débattements ou déplacements sous des forts niveaux de chargement.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'atténuation et de filtrage de l'amplitude des vibrations d'origine mécanique d'une structure à découpler, caractérisé en ce qu'on réalise un filtrage de 5 l'onde de pression incidente associé à une atténuation, par apport d'amortissement de l'onde de pression filtrée transmise à la structure, sur une très large bande de fréquence et d'amplitude d'efforts mécaniques appliqués sur ladite structure.

2. Procédé d'atténuation et de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il associe une suspension série sous la forme d'un ensemble suspension monté en série entre deux éléments de la structure, à un dispositif amortisseur monté en parallèle de la suspension.

3. Procédé d'atténuation et de filtrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif amortisseur est de type parallèle et présente une géométrie interne apte à réaliser une déviation, éventuellement une amplification et une localisation des vibrations pour assurer 20 une atténuation de la réponse vibratoire de ladite structure, et en ce que la suspension série présente en même temps une fonction de support statique suffisamment rigide, et des fonctions dynamiques de filtrage à caractéristiques variables suivant le niveau du chargement appliqué à la structure.

4. Dispositif de filtrage et d'atténuation des vibrations entre un premier élément (2) soumis à une onde de pression incidente et un second élément (3) rayonnant une onde de pression filtrée, caractérisé en ce qu'il comprend une structure d'interface (1, 7) de transfert d'énergie 30 vibratoire constituée d'au moins un composant élastique (1) et d'au moins un composant dissipatif (7) fixé en parallèle du composant élastique, pour assurer une filtration et une atténuation de l'onde de pression incidente.

5. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la 35 revendication 4, caractérisé en ce que la structure d'interface comprend une pluralité de composants élastiques (1), positionnés en série entre les deux éléments (2, 3), et une pluralité de composants dissipatifs (7) fixés chacun en parallèle de chaque composant élastique (1).

6. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le composant 5 dissipatif (7) est constitué de deux armatures rigides distinctes (4, 5) permettant d'assurer, ponctuellement ou continûment, des fonctions de déviation, éventuellement, par un effet de bras de levier, d'amplification des énergies vibratoires engendrées par les composants élastiques (1) vers 10 un matériau dissipatif (6) interposé entre elles, ledit composant dissipatif (7) assurant un amortissement du composant élastique.

7. Dispositif d'atténuation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le composant dissipatif (7) présente un 15 profil linéique et est constitué d'un ensemble d'armatures rigides (4, 5) alignées, fixées par leurs bases sur le composant élastique (1) et indépendantes entre-elles de telle façon que leurs mouvements relatifs, correspondant à une amplification par effet de bras de levier de la réponse 20 vibratoire du composant élastique (1), sont transmis par leur extrémité à un matériau dissipatif (6), sur lequel est montée une plaque de contrainte continue ou non, pour transférer l'énergie vibratoire vers l'ensemble d'armatures (4, 5).

8. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la 25 revendication 4, caractérisé en ce que le composant dissipatif (7) est de révolution et est constitué d'un ensemble d'armatures rigides, réparties cycliquement ou non autour d'une partie centrale (9), fixé rigidement ou non à une extrémité sur le composant élastique (1) d'un coté, et 30 indépendant à l'autre extrémité, de façon que les mouvements relatifs de ces armatures soient transmis à des matériaux dissipatifs, et de l'autre à une plaque de contrainte continue ou non apte à assurer, au travers des matériaux dissipatifs, le maintien de l'ensemble des armatures.

9. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le composant élastique (1) comprend un assemblage de deux sous-ensembles de révolution, à profil évolutif continu ou non de type lame élastique, dont une au moins de leurs extrémités présente une surface de contact évolutive, l'ensemble étant complété par une zone dans laquelle sont insérés les matériaux dissipatifs (6).

10. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la revendication 9, caractérisé en ce que les lames élastiques présentent une raideur potentiellement non linéaire conférée par leur profil géométrique évolutif pour assurer un contact progressif de la lame avec le profil complémentaire de 10 l'autre lame, pour assurer une fréquence de filtrage évolutive et un débattement relatif maîtrisé des lames en fonction de la charge dynamique appliquée.

11. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure 15 d'interface est de révolution ou non, et est composée d'une lame élastique reliée rigidement à l'élément (3) et d'une lame élastique reliée rigidement à l'élément (2), les lames étant au niveau de leurs extrémités libres reliées entre elles et enroulées autour d'un anneau élastique ou non par 20 l'intermédiaire de couches de matériaux dissipatifs (6), et venant en contact direct en fonction de la charge dynamique appliquée pour assurer la fonction de filtrage et d'atténuation non linéaire.

12. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon la 25 revendication 11, caractérisé en ce que les lames élastiques présentent une raideur potentiellement non linéaire grâce à leur profil géométrique évolutif et par le contact progressif entre les lames dont les profils sont mutuellement complémentaires de leur déformation maximale admissible 30 respective, pour assurer en fonction de la charge dynamique appliquée la fréquence de filtrage évolutive et un débattement relatif maîtrisé voire limité des éléments.

13. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon les revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le matériau 35 dissipatif (6) réalise la conversion de l'énergie vibratoire en une autre forme d'énergie, par exemple thermique par frottement entre matériaux ou avec des matériaux viscoélastiques, électrique avec des matériaux piézoélectriques, magnétique avec des matériaux magnétostrictifs, ou toute autre forme d'énergie.

14. Dispositif de filtrage et d'atténuation selon les revendications 4 à 12, caractérisé en ce que le composant 5 élastique (1) présente au moins deux dimensions et peut être formé par des assemblages de poutres, de barres droites ou courbes, de volumes pleins, de plaques planes ou de formes plus complexes et en ce que ses propriétés élastiques sont extraites à partir de matériaux élastiques, métalliques ou 10 non, homogène ou non, isotropes ou anisotropes.