Amortisseur magnétique
Pour réduire les vibrations des systèmes mécaniques, un dispositif couramment utilisé en ingénierie est l'amortisseur à masse accordée (appelé en anglais TMD pour Tuned Mass Damper ou TVA pour Tuned Vibration Absorber), mis au point par Frahm en 1909 [1], et dont les paramètres de réglages optimaux ont été donnés par Den Hartog en 1934 pour le cas d'une structure primaire linéaire et non amortie [2] ; et par Asami et Nishihara en 2003 pour une structure primaire amortie [3]. Malheureusement ce dispositif ne fonctionne que sur une plage fréquentielle limitée [4]. De plus, lorsque la structure primaire est non linéaire -cas d'application de plus en plus fréquent en aéronautique et en génie civil où les structures sont de plus en plus légères et vibrent souvent en grande amplitude- les performances se détériorent [5]. Ce thème de recherche s'intéresse à l'extension la gamme fréquentielle d'utilisation d'un TMD à l'aide de la non linéarité, ainsi que d'étendre son utilisation au cas des structures primaires non linéaires, par la définition nouvelle d'un amortisseur accordé non linéaire.
Ce projet s'articule autour d'un oscillateur magnétique élaboré au sein du laboratoire que nous avons étudié théoriquement et expérimentalement. Ce dispositif (Figure) composé par un aimant permanent (1) mobile sur un axe et repoussé par 2 aimants fixes (2, 3). La force exercée sur l'aimant (1) est similaire à celle d'un ressort avec une partie non linéaire. Nous avons démontré que l'ajout d'aimants correctifs (4, 5, 6, 7) situés sur des axes différents, on peut aisément obtenir, selon leur positions, leur magnétisations et leur polarités, un oscillateur dont on contrôle complètement la raideur linéaire ainsi que la raideur non linéaire [A]. Dès lors en ayant le contrôle sur la partie linéaire on peut : - soit accorder la fréquence propre de l'oscillateur à celle de la structure à amortir, selon les principes du TMD de Den Hartog [2]. - soit annuler complètement la partie linéaire afin de réaliser un oscillateur à raideur purement non linéaire (en anglais NES pour Non-linear Energy Sink, voir la réponse en fréquence dans la Figure). - soit rendre la partie linéaire négative afin de réaliser un oscillateur bistable.
La versatilité de ce dispositif est assez unique et chacune de ces configurations est intéressante car, selon les modes et les fréquences de vibration de la structure à laquelle l'oscillateur sera fixé, il pourra s'adapter aux régimes dynamiques. Enfin un autre intérêt de ce dispositif est la possibilité d'utiliser les courants de Foucault pour dissiper l'énergie vibratoire. En effet en positionnant des matériaux conducteurs soit au niveau des arbres, soit par des plaques installées autour de la masse oscillante, on est en mesure d'amortir les vibrations de la structure et les transformer en énergie électrique grâce aux courants électriques induits par la variation temporelle du flux de champ magnétique lié à l'aimant mobile (Loi de Lenz).