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Amortissement
Isolation antivibratoire et antichoc - Définitions. Principes physiques
B5140 v1 Article de référence

Amortissement
Isolation antivibratoire et antichoc - Définitions. Principes physiques

Auteur(s) : Bernard GARNIER

Relu et validé le 06 janv. 2023

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1 - Sources, transferts et récepteurs vibro-acoustiques

2 - Découplage et isolation

3 - Amortissement

4 - Raideurs statique et dynamique

5 - Suspension antivibratoire d’un objet rigide

6 - Suspension antichoc d’un objet rigide

7 - Suspension d’un objet déformable

8 - Contrôle actif

9 - Vers des structures « intelligentes » ?

Sommaire

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INTRODUCTION

La suspension élastique des machines pour réduire la transmission des vibrations indésirables à leur environnement est devenue une pratique courante, tout comme le montage souple des systèmes fragiles ou sensibles aux vibrations afin de mieux les protéger. La mise en œuvre de ces dispositifs pourrait sembler assez simple, dès lors qu’on suit bien les indications des constructeurs ; et pourtant nombreux sont les cas qui requièrent une attention particulière pour éviter des résultats malencontreux, allant jusqu’à des usures ou des ruptures prématurées.

Pour résumer les facteurs qui conduisent à ce regain d’attention lors du choix d’une isolation antivibratoire ou antichoc, on citera en particulier :

  • la volonté d’alléger et de réduire la taille des machines tout en accroissant leur puissance, ce qui amène les constructeurs à choisir des vitesses de rotation plus rapides, des carters et des arbres moins rigides, des bâtis moins surdimensionnés ;

  • la volonté de décliner des gammes standardisées de moteurs, de boîtes et de transmissions, d’accouplements, de génératrices, de pompes, etc., ce qui multiplie les possibilités de combinaisons lors d’une mise en groupe sans que le constructeur ait pu toutes les valider sur le plan dynamique et vibratoire, d’où des configurations parfois délicates à opérer ;

  • une volonté de modularité et de souplesse d’aménagement des ateliers de production, ce qui va amener les utilisateurs à implanter des instruments de contrôle ou des bureaux au plus près de certaines machines, donc à contrôler et réduire davantage les sollicitations vibro-acoustiques qu’elles génèrent, ou à minimiser l’interférence de diverses unités de production autrefois disjointes ;

  • une préoccupation d’ergonomie et de protection des travailleurs, ce qui, après avoir imposé le port de protections individuelles ressenti souvent comme inconfortable, impose maintenant de spécifier des niveaux acoustiques ambiants dans les ateliers directement acceptables sans pour autant que des systèmes trop complexes de capotages et de mise en cabines ne gênent les flux de production ni les interventions de maintenance.

Une isolation antivibratoire bien conduite peut répondre à tout cela, moyennant l’application attentive des concepts et méthodes détaillés et illustrés dans le présent article et dans l’article , qui abordent successivement :

  • Définitions et principes physiques ;

  • Solutions technologiques et industrielles.

Nota :

Le lecteur se reportera également à l’article Vibrations des structures industrielles [R 3 140]dans le traité Mesures et Contrôle.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-b5140

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3. Amortissement

3.1 Principes

Amortir des sollicitations vibro-acoustiques vise cette fois non seulement à réduire leur capacité à se propager, mais à les dissiper au sens strict, c’est-à-dire les dégrader en chaleur. S’agissant de grandeurs cycliques (déplacements et contraintes vibratoires), cela revient à introduire un phénomène d’hystérésis dans la loi d’élasticité dynamique reliant contraintes et déplacements, donc à rendre complexe le modèle d’Young global du milieu.

La mise en équation montre que :

  • l’énergie dissipée par un matériau viscoélastique est proportionnelle à l’accélération vibratoire ;

  • l’énergie dissipée par un matériau visqueux est proportionnelle à la vitesse vibratoire ;

  • l’énergie dissipée par le frottement, sous réserve d’un effet de seuil, est proportionnelle au déplacement relatif vibratoire.

Bien entendu, il est possible technologiquement de combiner plusieurs de ces mécanismes dissipatifs (article Isolation antivibratoire et antichoc. Solutions technologiques et industrielles ).

Cette capacité de dissipation proportionnelle à l’accélération donne donc à l’amortissement viscoélastique une capacité particulière à amortir les vibrations de fréquence élevée, ce qui est particulièrement nécessaire si la gêne finale est acoustique, du fait de la sensibilité croissante de l’audition de 20 à 1 000 Hz !

  • Moyens de créer un effet amortissant

    • Une première solution est de créer du frottement à l’échelle macroscopique en créant un déplacement relatif entre les constituants de la structure sous l’effet des vibrations. On verra lors de la mise en équation de cette solution au paragraphe 5.2...

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