L’amortisseur intelligent

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Hong Kong

Brève
Hong Kong | Sciences de l’ingénieur : aéronautique, mécanique, électronique, génie civil
23 mai 2017

Le département Génie Mécanique de Hong Kong Polytechnic University (PolyU) a mis au point un nouveau système qui pourrait considérablement réduire les vibrations des systèmes mécaniques.

L’isolation vibratoire d’une structure mécanique est une problématique complexe dans bon nombre de domaines en ingénierie.

D’une part, une excitation vibratoire trop importante peut entrainer des dommages importants comme la rupture par fatigue ou bien générer des nuisances sonores. D’autre part, l’analyse vibratoire peut permettre de diagnostiquer des dysfonctionnements et problèmes techniques (d’équilibrage, d’alignement, etc.).

Dans le secteur de la construction et du BTP, les nuisances vibratoires peuvent aller au-delà du problème techno-fonctionnel. Les vibrations de certains appareils peuvent aussi avoir des conséquences négatives sur la santé (exemple : utilisation d’un marteaux-piqueur à répétition). Dans ce secteur, l’isolation vibratoire pourrait réduire les risques de maladies liés aux travaux de manutention, touchant l’ensemble du corps humain (troubles musculosquelettiques comme les lombalgies, les hernies discales, et autres maladies liées au troubles rhumatologiques et neurologiques).

Les vibrations se propagent via des ondes mécaniques. La vitesse de propagation de ces ondes mécaniques varie en fonction de la géométrie et des liens mécaniques unissant les différentes composantes du système. Des techniques existent depuis longtemps pour atténuer le transfert de ces vibrations, l’apparition d’interférences constructives mécaniques et la remise en cause de la fiabilité des systèmes mécaniques. On distingue deux types d’isolation vibratoire :

  • L’isolation vibratoire active, qui implique des capteurs et des actionneurs pour produire des forces et des interférences afin d’annuler les vibrations entrantes ;
  • L’isolation vibratoire passive, qui utilise des matériaux et des liaisons mécaniques pour absorber les ondes mécaniques – cf. schéma ci-dessous).
Schéma d’un système passif pour isolation vibratoire composée :
D’une source de vibration (= vibration source)
D’un élément d’amortissement (= damping element)
D’un ressort (= spring element)
D’une charge utile et sa masse (= mass of payload)

Généralement, l’utilisation d’un système passif de contrôle vibratoire est privilégiée dans les applications d’ingénierie, car son coût de fabrication, d’exploitation et de maintenance est beaucoup plus faible que celui engendré par l’utilisation d’un système actif. Il consomme également moins d’énergie et est plus simple à réparer. Son efficacité est cependant moindre que celle des systèmes actifs.

Une équipe de chercheurs de PolyU, dirigée par le Dr. Xianjian JING, s’est penché sur cette problématique, et a développé une nouvelle structure en forme de X ("X-shaped"), inspirée du mode de déplacement des volatiles, dotée d’un double mécanisme d’amortissement s’adaptant automatiquement à l’intensité de la vibration reçue et capable d’en absorber la quasi-totalité. En effet, le comportement non-linéaire de cet exosquelette répond de manière différente pour les fortes et faibles sollicitations, permettant de protéger au mieux les systèmes mécaniques sans en altérer leur fonctionnement. Cette structure aurait également l’avantage de pouvoir s’adapter à tout type d’appareil, sans contrainte sur les dimensions. Démonstration vidéo ici.

Dr. Xingjian JING – Structure "bio-inspirée" antivibratoire non-linéaire, développée par les chercheurs de PolyU (crédits photo : PolyU)

Sources :
https://www.polyu.edu.hk/web/en/media/media_releases/index_id_6412.html

https://phys.org/news/2017-05-team-bio-inspired-anti-vibration-wide-applications.html

Rédactrice : Justine ONG, Chargée de mission scientifique – Hong Kong