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Article de référence | Réf : B5140 v1

Suspension d’un objet déformable
Isolation antivibratoire et antichoc - Définitions. Principes physiques

Auteur(s) : Bernard GARNIER

Relu et validé le 06 janv. 2023

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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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7. Suspension d’un objet déformable

Bien qu’il soit toujours préférable de choisir une suspension présentant une souplesse suffisante pour que les 6 modes de suspension soient bien en-deçà des premiers modes élastiques (figure 9), cela n’est pas toujours possible : ou bien une suspension aussi souple est impossible en raison des déplacements excessifs qu’elle présente sous les excitations à basse fréquence, ou bien la structure suspendue est très grande, lourde ou élancée.

Il y a alors couplage entre les modes propres de la structure et de la suspension : cette interdépendance vaut à la fois pour les fréquences propres et pour les déformées vibratoires correspondantes.

Les raisonnements du type masse / ressorts ne suffisent plus alors à prédire le comportement d’un tel système, et la seule approche vraiment fiable est un calcul dynamique par éléments finis qui doit inclure les éléments de suspension.

On observera systématiquement que, dans le cas où n modes structuraux sont relativement proches des 6 modes de suspension, les n + 6 nouveaux modes du système couplé présentent les propriétés suivantes :

  • le premier mode couplé est à fréquence plus basse que le plus bas des modes propres de la structure libre dans l’espace et le plus bas des modes de suspension de cette structure supposée rigide ;

  • le dernier mode couplé est, lui, à fréquence plus haute que le plus haut des modes propres considérés de la structure libre dans l’espace, et le plus haut des modes de suspension de cette structure supposée rigide.

À ce titre, on pourra donc regarder dans un premier temps les fréquences propres de ces deux familles de modes plus simples à déterminer théoriquement, pour cadrer l’étendue fréquentielle des modes couplés.

Il est important de noter que cet accroissement de fréquence des modes de suspension couplés peut être considérable relativement au cas rigide : cela peut s’imager en considérant que la raideur de la suspension, inchangée, ne supporte plus que la fraction de la masse de la structure exprimée par la masse modale de ses modes élastiques, donc...

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