Brevet FR2643430A1 — publié le 19900824

"Dispositif amortisseur à matériau visco-élastique" d'efficacité ajustable" La présente invention a pour objet un dispositif amortisseur ajustable. Il est connu d'utiliser des matériaux visco-élastiques associés à une structure soumise à des vibrations, afin de réduire l'amplitude des vibrations par dégradation d'une partie de l'énergie de déformation sous forme de chaleur. Des amortisseurs v isco-élastiques sont utilisés dans différents secteurs d'activité : aéronautique, automobile, construction navale, équipement sportif.Dans le cas des skis, les amortisseurs peuvent être soit inclus à l'intérieur de la structure comme décrit dans les documents FR 80 04128 et FR 81 57519, soit fixés sur la surface du ski, avec recouvrement par une plaque de contrainte à haut module d'élasticité, comme décrit dans les documents FR S4 2rjlS9, FR 79 23298, US 3 537 717, US 4 627 635, US 3 8L4 576 et US 3 9Ol 522. Les caractéristiques élastiques d'un matériau étant évaluées par son module d'Young E, il faut noter que les matériaux visco-élastiques ont des modules d'Young faibles et des coefficients d'amortissement élevés, comme cela ressort du tableau suivant Matériaux Module d'Young Coefficient d'amortis E (N/m2) sement intrisèque ss Acier 2 x 1011 10-4 à10-2 Aluminium 7 x1010 10-5 à 10-2 Fibre de verre 5 x 109 à 1010 1 x 10-2 à3 x 10-2 Visco-élastiques 105 à 159 0,1 à 10 Il existe différents types de matériaux visco-élastiques: polymères, élastomères ou bitumeux.Pour répondre à un besoin précis, il est nécessaire d'identifier le matériau le mieux adapté en tenant compte des paramètres suivants - Température d'utilisation, - Fréquences de sollicitation, - Dimensions (surface, épaisseur), - Contraintes ou déformation statiques, - Aptitude au vieillissement, - Tenue dans le milieu d'utilisation. Si, pour l'acier, le modale d'Young E reste sensiblement le même en dynamique et en statique, tel n1 est pas le cas pour les matériaux visco-élastiques où, pour une excitation harmonique, contrainte et déformation ne sont pas en phase. Il convient donc de considérer la notion de module d'Young complexe que l'on peut écrire E' = E (I t i tg s) où S est l'angle de perte du matériau, représentant le retard angulaire entre contrainte et déformation, la déformation étant en retard sur la contrainte, lorsque le matériau est soumis à une sollicitation purement harmonique. La tangente de l'angle # est le coefficient d'amortissement intrinsèque {3 du matériau visco-élastique considéré. Parmi les principaux paramètres influençant les caractéristiques dynamiques des matériaux visco-élastiques, la température et la fréquence ne sont pas Indépendants. C'est ainsi que, comme montré à la figure 1, qui représente trois courbes représentatives de l'amortissement 13 d'un même matériau en fonction de la température # , pour trois fréquences données F. F2. et F3 I'amortissement maximum se situe à des températures 68 différentes. C'est ainsi également que, comme montré à la figure 2 qui représente l'an-,ortissement ss de trois matériaux ml, m2 et m3 en fonction de la température S à une fréquence donnée F, I'amortissement maximum se situe aussi à des températures différentes. En conséquence. pour un matériau donné, il est possible de suivre les variations du coefficient d'amortissement (3 en fonction de la fréquence F et de la température & en prenant en considération un facteur de translation &alpha;t lié à la température et qui évolue selon la courbe représentée à la figure 3, le passage d'une translation à une multiplication étant réalisé en passant à une échelle logarithmique. Il est alors possible d'établir des courbes donnant le module d'Young et le coefficient d'amortissement ss = tg 9 en fonction de la variable réduite Fxt. La figure 4, dite "courbe maîtresse" du matériau visco-élastique, représente en trait plein la courbe indiquant la variation du module d'Young en fonction de Foc t et, en traits mixtes, la courbe indiquant la valeur du coefficient d'amortissement en fonction de Fout. Il ressort de ces courbes et des différentes analyses qui en ont été faites que. l'efficacité d'un matériau visco-élastique varie considérablement avec sa nature et sa température d'utilisation, le coefficient d'amortissement ss du matériau pouvant varier d'un rapport de 1 à 100. Or, il convient de tenir compte des conditions de fonctionnement et d'utilisation de l'engin sur lequel on désire diminuer les amplitudes de vibrations. Plusieurs cas sont à considérer en référence au tableau ci-dessous Réponse vibratoire Réponse vibratoire Réponse vibratoire constante de l'en- variable de l'en- variable de l'en- gin due à une exci- gin due à une exci- gin due tation constante tation variable - à une masse variable - à une raideur variable - aux conditions limites variables (pression...) température moteur en moteur en monoplace F1 d'utilisation régime stationnaire régime variable j (réservoir = 8 masse) constante température ski spécialisé ski polyvalent d'utilisation ( 300 à O C) (- 300 à 5 C) (réservoir variable automobile: pression atmosphérique - carrosserie forces aérodynamiques - pièces de suspen- variables) sion - lames de -ressort C'est ainsi que, par exemple, dans le cas des skis alpins, il importe d'amortir les premiers modes de vibrations en flexion, flexion latérale ou torsion, selon le comportement recherché pour une évolution donnée du skieur. En effet, il convient de réaliser un amortissement sélectif des vibrations, afin de n'éliminer que les vibrations considérées comme néfastes dans l'application déterminée, tout en conservant les autres vibrations, qui confèrent au ski toutes ses caractéristiques de vivacité. Toutefois, il faut introduire la notion de température d'utilisation du ski dans le choix du matériau visco-élastique. II ne peut s'agir que d'une approximation, dans la mesure où les variations de température auxquelles est soumis un amortisseur équipant un ski sont très importantes, suivant que le ski est utilisé dans des conditions de température fortement négatives, de l'ordre de - 2C à - 35 C, ou après être resté au soleil à des températures très supérieures à "C. En conséquence. les caractéristiques de comportement du ski varient considérablement avec la température, puisque l'efficacité de l'amortissement dépend de cette dernière. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, le dispositif amortisseur à matériau visco-élastique quelle concerne, comprend des moyens de chauffage. Conformément à une forme de réalisation, le matériau xisco-élastique contient également des moyens de refroidissement. Ces moyens de chauffage et de refroidissement sont associés à des moyens de régulation de température. Il est ainsi possible, en ajustant la température, de faire varier les capacités d'amortissement du dispositif amortisseur. Selon une forme d'exécution de ce dispositif amortisseur, celui-ci comprend un thermostat assurant le maintien du matériau visco-élastique à une température déterminée. Conformément à une première possibilité, le thermostat est réglé de façon définitive pour réguler la température du matériau visco-élastique à la température correspondant à l'amortissement maximum pour le ou les modes de vibration à amortir. Dans le cas d'un ski spécialisé, on obtient ainsi l'optimum des performances. Contormement a une autre possibilité, le thermostat est réglable à l'intérieur d'une plage de température; chaque position du thermostat engendrant une température du matériau visco-élastique, il en résulte une modification des caractéristiques d'amortissement du dispositif, ce qui permet d'ajuster l'amortissement à la demande de l'utilisateur. Dans le cas d'un ski, l'utilisateur trouvera ainsi une réponse à la polyvalence du comportement qu'il recherche. Selon une autre forme d'exécution de ce dispositif amortisseur, celui-ci est associé à un micro-processeur dans lequel on a mémorisé la courbe maitresse du matériau visco-élastique. Ce micro-processeur est relié, d'une part, à une sonde de mesure des fréquences de vibration de l'objet sur lequel l'amortisseur est monté et, d'autre part. à une sonde de mesure de la température du matériau visco-élastique, le micro-processeur étant programmé pour traiter ces deux informations et fournir une information au dispositif de régulation pour adapter la température du matériau visco-élastique à la fréquence des vibrations pour que le coefficient d'amortissement ss = tg 5 soit maximal. II est ainsi obtenu un amortissement auto-régulé. De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution de cet amortisseur, dans le cas de son application à l'équipement d'un ski Figure 5 est une vue de dessus d'un tel ski Figure 6 est une vue en coupe longitudinale à échelle agrandie du ski comportant l'amortisseur, dont les moyens de commande sont représentés schématiquement. La figure 5 représente un ski alpin 2 dont la face supérieure est équipée d'une butée 3 et d'une talonnière 4 constituant des moyens de fixation de la chaussure d'un skieur. Comme cela est visible à la figure 5 le ski est équipé, sur sa face supérieure, d'un amortisseur 5 disposé en avant de la fixation, et destiné à amortir les vibrations néfastes, ce qui est particu librement avantageux dans le cas d'un ski de slalom. Cet amortisseur est du type comprenant une couche 6 de matériau visco-élastique prise en sandwich entre la surface supérieure du ski et une plaque de contrainte 7 constituée par exemple par une feuille métallique en alliage léger. Dans la forme d'exécution représentée au dessin, à l'intérieur du matériau visco-élastique est logée une résistance électrique de chauffage X, reliée à une source d'alimentation en courant 9, elle-même commande par un dispositif de régulation 10. Le matériau visco-élastique 6 est équipé d'une sonde de température 12 fournissant l'information mesurée à un micro-processeur 13. Une sonde 14 de mesure des fréquences à un emplacement du ski, prédéterminé en fonction de la zone QÙ les vibrations doivent être amorties, est elle-même reliée au micro-processeur 13. Ce micro-processeur possède en mémoire la courbe maîtresse du matériau visco-élastique 6 considéré. Il est ainsi possible par mesure des fréquences de vibrations d'adapter la température du matériau visco-élastique 6 pour que ce matériau soit le plus efficace possible en vue de l'amortissement des vibrations dont la fréquence est mesurée. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif amortisseur décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi, notamment, que le dispositif de régulation 1G pourrait être programmé pour assurer le maintien de la température du matériau visco-élastique à la température où la vaieur du coefficient d'absorption est maximale, ou encore que le dispositif de régulation pourrait être actionnable manuellement en vue de régler à volonté la température du matériau visco-élastique pour modifier les conditions d'amortissement, et par suite le comportement du ski, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. C'est ainsi également que les moyens de chauffage et de refroidissement peuvent être situés à l'intérieur du matériau visco-élastique ou qu'ils peuvent être situés à la surface du dispositif, ou encore que la consigne de régulation en température du matériau visco-élastique (6) est préréglée pour réguler la température du matériau visco-élastique à la température correspondant à sa zone de transition pour les fréquences à amortir. REVENDICATIONS I.- Dispositif amortisseur de vibrations à matériau visco-élastique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage (8). 2.- Dispositif amortisseur à matériau visco-élastique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de refroidissement. 3.- Dispositif amortisseur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ces moyens de chauffage (8) et de refroidissement sont associés à des moyens (10) de régulation de températures. 4.- Dispositif amortisseur selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que ces moyens de chauffage et de refroidissement sont situés à l'intérieur du matériau visco-élastique (6). 5. Dispositif amortisseur selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que ces moyens de chauffage et de refroidissement sont situés à la surface du dispositif. 6.- Dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les consignes de régulation en température du matériau visco-élastique (6) sont réglables à l'intérieur d'une plage de température, ce qui permet, à l'utilisateur, d'ajuster l'amortissement à sa demande. 7.- Dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la consigne de régulation en température du matériau visco-élastique (6) est préréglée pour réguler la température du matériau visco-elastique à la température correspondant à sa zone de transition pour les fréquences à amortir. 8.- Dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est associé à un micro-processeur (13), dans lequel on a mémorisé la courbe maîtresse du matériau visco-élastique, que celui-ci est relié, d'une part, à un capteur (14) de mesure des fréquences de vibration de l'objet sur lequel l'amortisseur est monté et, d'autre part, à un capteur (12) de mesure de la température du matériau visco-élastique, le micro-processeur étant programmé pour traiter ces deux informations et fournir une information au dispositif de régulation- (10), pour adapter la température du matériau visco-élastique à la fréqunce des vibrations enregistrées pour que le coefficient d'amortissement (3 = tg Ei soit maximal.