Couche viscoélastique

En dissipant de l'énergie, une couche de matériau viscoélastique collée sur un panneau vibrant permet d'atténuer les vibrations de la structure sans changer ses propriétés de résistance mécanique. On trouve deux types de traitement:

• les couches viscoélastiques non contraintes;
• les couches viscoélastiques contraintes.

Dans le premier cas, seul le matériau viscoélastique est collé sur la plaque. Lorsque la plaque vibre en flexion la couche viscoélastique travaille principalement en traction et compression. Pour être efficace, cette solution nécessite souvent une épaisseur importante de matériau viscoélastique, ce qui la rend incompatible avec les contraintes de masse.

Dans le second cas, l'ajout d'une couche métallique (aluminium, acier) collée de l'autre côté de la couche viscoélastique permet de faire travailler le matériau viscoélastique en cisaillement, situation dans laquelle il est bien plus efficace. L'épaisseur nécessaire pour obtenir un amortissement équivalent est alors beaucoup plus faible que pour une couche non contrainte.

Couche viscoélastique et couche viscoélastique contrainte (Extrait de Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibrations)

Le choix du matériau utilisé nécessite une bonne connaissance de la gamme de température à laquelle il sera soumis. Les tables permettent de sélectionner le matériau adapté.

Parmi les principaux fabricants de couches amortissantes, on trouve notamment Soundcoat et 3M.

Références :

• Mead D.J., Passive Vibration Control, John Wiley & Sons, 1998.
• Brennan M.J., Ferguson N.S., "Vibration Control", in Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibrations, pp. 530-580, Franck Fahy and John Walker éditeurs, Spon Press, 2004

Absorbeur de Vibrations

Un Absorbeur de Vibrations (Tuned Mass Damper) est un système oscillant ajouté à une structure dans le but de réduire sa réponse à une excitation. Ce système est effectif dans une bande étroite de fréquence. Les éléments déterminants pour la mise en place d'un tel système sont:

• le choix de sa fréquence propre;
• le choix de sa position.

La fréquence propre de l'absorbeur de vibrations doit être choisie selon deux critères:

• en fonction du spectre de l'excitation;
• en fonction des fréquences propres de la structure à amortir.

Lorsque la structure est excitée suivant une fréquence unique connue distante de ses fréquences de résonance, la fréquence propre de l'absorbeur de vibrations peut être ajustée pour introduire une antirésonance à cette fréquence d'excitation. Réduire l'amortissement permet d'augmenter l'atténuation sans augmenter la masse, mais réduit la bande de fréquence filtrée, rapproche la fréquence de résonance introduite de la fréquence filtrée et augmente cette résonance. Cette solution peut se révéler néfaste si la fréquence d'excitation est mal évaluée ou évolue au cours de la vie de la structure.

Filtrage contre les excitations à 6Hz d'une structure suspendue à 2Hz

Lorsque la structure entre en résonance, la fréquence propre de l'absorbeur de vibrations peut être ajustée pour amortir le mode mis en jeu. L'amortissement doit être important pour ne pas introduire une double résonance encore plus importante, mais suffisamment faible cependant pour que l'absorbeur ait une influence sur la réponse de la structure. L'absorbeur de vibration sera efficace s'il est positionné sur un ventre du mode excité. Si sa masse est trop importante, il risque, en modifiant complètement les modes propres de la structure, de ne faire que déplacer le problème. Les valeurs de masse, pulsation propre et amortissement modal suivantes sont un bon compromis.

Paramètres recommandés par M.J. Brennan et N.S. Ferguson

Amortissement de la résonance d'une structure suspendue à 2Hz

Bien que très répandus notamment dans les industries aéronautiques, automobiles et en génie civil, les absorbeurs de vibration ne figurent pas au catalogue des fournisseurs, car tout système oscillant peut jouer ce rôle. Il peut par exemple s'agir d'un radiateur automobile accordé pour filtrer la résonance de la caisse, ou d'un réservoir d'eau placé au sommet d'un bâtiment. Avec son poids record de 730 tonnes, l'absorbeur de vibrations installé dans la tour de Taipei est certainement le plus célèbre.

Références :

• Den Hartog J.P., Mechanical Vibrations, Dover Publications, 1984
• Brennan M.J., Ferguson N.S., Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibrations, pp. 564-570, Franck Fahy and John Walker éditeurs, Spon Press, 2004

Etablir un diagnostic

Par où commencer pour réduire le bruit émis par une machine ?

Je pensais que pour réaliser des essais fructueux, il était nécessaire de comprendre a priori  les mécanismes de transmission de l'énergie dans le système. J'aurais sans doute débuté par un modélisation simple des sous-systèmes, par l'étude de leurs fréquences propres de vibrations, avant d'effectuer des mesures de validation, pour étudier ensuite à l'aide du modèle les modifications possibles.

On m'a conseillé, au contraire, de commencer l'étude par une phase de diagnostique avec les objectifs suivants :

• identifier les sources de vibrations;
• localiser le bruit;
• évaluer la corrélation entre les organes vibrant et le bruit;
• estimer les paramètres influents pour la réduction du bruit.

La modélisation, après avoir ainsi cerné le problème, pourra porter sur les points importants. Elle permettra d'établir une approche prédictive de réduction du bruit.

Le diagnostique, effectué en régime normal de fonctionnement, peut être organisé en quatre étapes :

1. la mesure et l'analyse des vibrations (accéléromètres);
2. la mesure et l'analyse du champ acoustique (microphones);
3. l'étude des fonctions de transfert accélération/pression;
4. la mesure du bruit après quelques modifications simples.

Qualification Acoustique

Ce carnet de travail nait d'un projet de qualification acoustique d'engins de manutention. Son objectif premier est la synthèse de recherches bibliographiques, de rencontres avec des experts et de travaux personnels sur le thème du contrôle du bruit et des vibrations mécaniques. Il permet également le partage de ces connaissances et encourage les échanges.

Le sujet se restreint aux domaines suivants :

• bruits et vibrations d'origine mécanique (machines tournantes, accélération du support);
• Fréquences audibles (20Hz à 20kHz);
• Propagation aérienne, structures métalliques (fluide léger par rapport à la structure).