CFM 2019

Absorbeur de vibrations non-linéaire multi-physique
Bastien Cadiou  1@  , Cyrille Stéphan  2@  , Guilhem Michon  3@  , Adrien Renoult  2@  , Jean-Luc Akian  2@  
1 : ONERA The French Aerospace Lab, Université de Toulouse, ISAE
Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE), ONERA
2 : ONERA-The French Aerospace Lab
ONERA
3 : Institut Clément Ader  (ICA)
Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace [ISAE], Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE)
3 rue Caroline Aigle 31400 Toulouse -  France

La suppression et le contrôle des vibrations montrent un intérêt important depuis plusieurs années. La dynamique des structures peut provoquer un inconfort, une augmentation des contraintes et l'endommagement des appareils et ainsi que diminuer leur durée de vie. Les absorbeurs linéaires passifs sont couramment utilisés dans l'industrie pour réduire les niveaux vibratoires. Ils sont efficaces lorsque la fréquence propre de l'absorbeur est accordée avec celle de la structure, pour une masse non négligeable d'environ 10% de la masse du système à contrôler. Ce type d'absorbeur est efficace sur une bande de fréquence restreinte autour de la fréquence de résonance.

 

Pour pallier à ces inconvénients, des absorbeurs avec une raideur non-linéaire ont été étudié au cours des dix dernières années. La non-linéarité essentielle permet à cet absorbeur, appelé NES (Nonlinear Energy Sink), de ne pas avoir de fréquence propre unique pour ainsi "s'adapter" à la structure à amortir et d'engager une résonance interne avec celle-ci. Il peut alors effectuer un transfert d'énergie irréversible au-delà d'un certain niveau d'énergie pour une masse faible de l'ordre de 1% de la masse du système à contrôler. Afin d'améliorer les performances de dissipation d'énergie de ces absorbeurs non-linéaires, une nouvelle voie de recherche s'est ouverte très récemment sur les absorbeurs de vibrations multi-physiques, qui permettraient de combiner des techniques mettant en jeu des circuits électriques passifs.

 

Le couplage multi-physique retenu pour cette étude est de nature électromagnétique-mécanique où deux technologies sont proposées pour analyser leur impact sur les performances de dissipation d'énergie. Le premier dispositif est un système discret constitué d'une masse mobile pouvant effectuer un mouvement de translation guidé. Cette masse est reliée à deux ressorts travaillant transversalement pour obtenir une raideur non-linéaire. Le couplage multi-physique s'effectue par le déplacement d'une bobine installée sur l'absorbeur le long d'une barre fixe. Cette dernière est constituée d'anneaux aimantés placés bout à bout, ce qui permet de générer un champ magnétique permanent. La tension générée dans la bobine peut varier en fonction de la résistance reliée à ses bornes et ainsi faire varier l'amortissement de l'absorbeur.

Le deuxième dispositif utilise les matériaux fortement magnétostrictifs. Ces matériaux ont la propriété de produire un champ magnétique lorsqu'ils sont déformés. De plus, ils montrent un coefficient de couplage très fort. Placés sous formes de lames sur une poutre encastrée sous excitation harmonique, les sollicitations cycliques du chargement par les vibrations entraînent une variation du champ magnétique du matériau. Placé dans une bobine, ce matériau permet la production d'énergie électrique, ensuite dissipée dans une résistance.

 

Des modèles analytiques ont été élaborés prenant en compte l'interaction bobine-aimant ou la loi de comportement du matériau magnétostrictif et le circuit électrique couplé au système mécanique. Des essais expérimentaux ont été réalisés où l'influence de plusieurs paramètres comme la position des aimants et la variation de la résistance sur le comportement de l'absorbeur sont étudiés. Les résultats de cette étude ont révélé l'influence du couplage électromagnéto-mécanique sur les performances de l'absorbeur.


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