Brevet FR2794040A1 — publié le 20001201

La présente invention concerne un système d'excitation vibratoire des structures, à partir d'ondes acoustiques guidées par un ou plusieurs tuyaux. Ce dispositif permet de mettre en vibration les objets les plus divers, Généralement, il s'agit de pièces mécaniques rencontrées dans le contexte automobile, spatial, aéronautique, naval ou du bâtiment, telles que parois, vitrages, poutrelles, planchers, châssis, tôles, ... La mise en ceuvre de cette invention est présentée en figures (1) et (2). Lorsque l'on désire solliciter une pièce mécanique pour des essais vibratoires en régime stationnaire, les moyens d'excitations les plus courants sont, le pot électrodynamique et le pot électromagnétique. Le premier moyen nécessite une mise en contact de la tête du pot avec la structure, le second est une excitation sans contact, mais nécessite que la structure soit magnétique. L'invention présente l'avantage de pouvoir exciter la structure sans entrer en contact avec elle (mode sans contact) contrairement au pot d'excitation électrodynamique, ou bien avec un contact de faible raideur (mode avec contact). De plus, en mode sans contact, la direction de l'effort est normal à la surface d'excitation, puisque le principe de l'excitation repose sur l'application d'une pression dynamique acoustique, ce qu'un pot d'excitation électrodynamique ne garantit pas. L'invention présente l'avantage de pouvoir exciter sans contact les structures non magnétiques ce que ne permet pas le pot électromagnétique, qui nécessite que la structure soit magnétique (ou magnétisée) et qui ne garantit pas la direction de l'effort. De plus, par rapport à ces deux types d'excitation, la présente invention offre l'avantage d'être d'un montage très facile puisque les tuyaux peuvent être positionnés très rapidement, et en des endroits parfois inaccessibles au pot d'excitation électrodynamique ou électromagnétique. Le système selon l'invention comporte une enceinte de confinement acoustique (1), contenant une source acoustique (2). L'enceinte de confinement est munie d'une buse de sortie (3), sur laquelle vient s'emboîter un ou des tuyaux (4), de longueurs variables, permettant de guider les ondes acoustiques vers la structure que l'on désire exciter (5). Typiquement, l'enceinte de confinement peut être réalisée en métal, d'épaisseur de l'ordre du centimètre. La source acoustique interne à l'enceinte de confinement est liée rigidement à cette dernière. Le volume d'air contenu dans l'enceinte est de l'ordre de 5 litres. La buse de sortie présentée en figures (1) et (2) permet de dupliquer la force excitatrice, en appliquant deux tuyaux comme en figure (1). Dans le cas ou l'on désire n'exciter qu'avec un seul tuyau comme en figure (2), on ferme la bouche non utilisée au moyen d'un simple bouchon. Des buses de sortie non représentées en figures permettent d'augmenter le nombre de tuyaux servant à guider les ondes acoustiques (4, 6, .... ). La buse de sortie (3), dans la version présentée en figure (1) (version à 2 tuyaux) présente une forme en Y, sur laquelle viennent s'emboîter les tuyaux. Le diamètre des tuyaux est typiquement de l'ordre du pouce ; (2,5cm) ou du demi-pouce (1,25crri). Ces diamètres permettent de guider les ondes acoustiques en ondes planes entre 0 et 5000 Hertz tout en limitant les pertes de charges acoustiques, et les fuites acoustiques par les parois des tuyaux. Ces tuyaux peuvent être cylindriques et souples. Ils peuvent être réalisés en plastique, d'épaisseur de l'ordre du minimètre. Le système selon l'invention peut être utilisé selon deux modes : un mode d'excitation sans contact, dans ce cas, l'ouverture du ou des tuyaux guidant les ondes acoustiques sont positionnées comme affleurant la surface de la structure à exciter ; un mode d'excitation avec contact, dans ce cas, l'ouverture des tuyaux touchent la structure, au moyen d'un joint étanche (6). Figure (2). Le mode sans contact présente l'avantage de ne pas perturber la structure à exciter. Dans ce cas là, la direction de l'effort est garantie comme purement normale à la surface excitée. Ce mode d'excitation est intéressant lorsque les structures d'études sont très légères, puisque dans ce cas, un très faible contact peut perturber fortement leur mode de vibration. Le mode avec contact consiste à jointoyer la structure avec le ou les embouts des tuyaux guidant les ondes acoustiques. Ainsi l'ouverture des tuyaux touche la structure au moyen d'un joint étanche (6). Ce mode là permet d'effectuer des fonctions de transfert vibratoire, par exemple la mesure d'inertance, au moyen d'un accéléromètre mesurant l'accélération de la structure et d'un capteur de pression mesurant la pression acoustique piquée à l'extrémité jointoyée du tuyau (7). La mesure de l'effort appliqué est alors possible dès lors que les ondes acoustiques guidées restent planes dans le tuyau. Pour une large gamme de fréquence d'excitation, il est alors possible de mesurer l'inertance comme le rapport d'accélération à la force appliquée comme étant le produit de la pression acoustique mesurée avec le capteur de pression par la section de l'embout du tuyau. Les mesures d'inertances peuvent s'effectuer aussi en mode sans contact, dès lors que la section de la tâche acoustique est connue. Typiquement, la bande passante de l'invention est située entre [20 et 2000 Hertz], bien que la fréquence supérieure de la bande puisse être étendue, si l'on est moins exigeant sur la qualité de la propagation plus ou moins plane à l'intérieur des tuyaux, ou sur le bruit propre de l'appareil. Le dispositif selon l'invention est un excitateur vibratoire multiforce, puisqu'une buse de sortie (3) permet de relier plusieurs tuyaux guidant les ondes acoustiques, de l'enceinte de confinement (1) à la structure à exciter (5), ce que ne peuvent pas faire un pot d'excitation électrodynamique ou électromagnétique. La buse (3) peut être étudiée pour recevoir 4, 6 tuyaux, le nombre de tuyaux n'étant pas vraiment limité. La longueur des tuyaux n'est pas non plus limitée et cette longueur peut être différente pour chaque tuyaux. Typiquement, la longueur des tuyaux peut varier de quelques dizaines de centimètre à quelques mètres. L'avantage d'avoir des tuyaux de grande longueur est que cela permet d'appliquer la force acoustique en des endroits difficiles d'accès, puisque l'on déporte au maximum l'enceinte de confinement (1) de la structure que l'on désire exciter (5). Les tuyaux de grande longueur peuvent aussi accéder à l'intérieur de la structure que l'on désire mettre en vibration, ce que ne peut pas faire, ni un pot électrodynamique, ni un pot électromagnétique. Lorsque deux tuyaux débouchent de l'enceinte de confinement, que les tuyaux sont de même longueur, et que les deux tuyaux sont appliqués en regard (figure (1 , il est alors possible de générer une excitation vibratoire de moment par voie acoustique. En effet, si les tuyaux sont de même longueur, les pressions aux extrémités sont d'amplitudes égales et en phase. Comme représenté en figure (1), le moment appliqué est alors le produit des deux forces par la distance entre les deux tuyaux. Le dispositif selon l'invention est un procédé de nettoyage caractérisé par le fait que l'on peut diriger le souffle acoustique produit à l'ouverture des tuyaux sur un objet que l'on veut nettoyer. Ce procédé peut être utilisé pour le nettoyage de surface fragiles puisque le souffle acoustique représente une action de nettoyage relativement douce. De plus, lorsque les particules ou poussières indésirables sont détachées, celles-ci ne s'éloignent pas trop de l'objet lui-même, puisque le souffle acoustique, contrairement à un écoulement d'air permanent oscille autour d'une position d'équilibre fixe (le souffle acoustique est à débit nul). Typiquement, l'enceinte acoustique (1) décrite précédemment, permet d'obtenir des niveaux de pression très élevés de l'ordre de 160 à 170 décibels. Lorsque la source acoustique est pilotée dans la bande de fréquence [50 - 100 Hertz], le souffle acoustique produit à l'ouverture d'un tuyau de diamètre 1,25 cm est de l'ordre de 1 cm de déplacement particulaire. La bande de fréquence utile en nettoyage acoustique n'est pas limitée à [50 -100 Hertz] et peut-être étendue au dessus de 100 Hertz, pour des besoins spécifiques, ce qui entraîne de plus petits déplacements particulaires. L'intérêt du nettoyage acoustique effectué grâce à l'invention est que cela permet le nettoyage interne des structures puisque l'on peut faire pénétrer les tuyaux à l'intérieur de ces dernières et appliquer le souffle acoustique en des endroits inaccessibles à d'autres systèmes de nettoyage. REVENDICATIONS 1) Système d'excitation vibratoire des structures, à partir d'ondes acoustiques guidées par un ou plusieurs tuyaux, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte de confinement acoustique (1), contenant une source acoustique (2). L'enceinte de confinement est munie d'une buse de sortie (3) sur laquelle vient s'emboîter un ou des tuyaux (4) de longueurs variables, permettant de guider les ondes acoustiques vers la structure que l'on désire exciter (5). 2) Système selon la revendication 1 pouvant être utilisé selon un mode d'excitation sans contact, caractérisé par le fait que l'ouverture du ou des tuyaux guidant les ondes acoustiques sont positionnées comme affleurant la surface de la structure à exciter. 3) Système selon la revendication 1 pouvant être utilisé selon un mode avec contact, caractérisé par le fait que l'ouverture des tuyaux touche la structure au moyen d'un joint étanche (6). 4) Système selon la revendication 1 d'excitation vibratoire multiforce, caractérisé par le fait qu'une buse de sortie (3) permet de relier plusieurs tuyaux guidant les ondes acoustiques, de l'enceinte de confinement (1) à la structure à exciter (5).