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Spécial “ CFM 2007 ”
Acoustique
&
Techniques n° 50
Une étude expérimentale du pompage
énergétique en acoustique
a réduction des bruits et des vibrations dans les systèmes
mécaniques est un thème de recherche toujours très porteur.
De nombreux dispositifs actifs et passifs ont été développés
pour améliorer le comportement vibroacoustique des
ensembles mécaniques. Dans le domaine passif, par exemple,
l’absorption des ondes acoustiques est généralement réalisée
par le biais de matériaux absorbants placés sur les parois
du domaine. L’efficacité de ce dispositif dépend fortement
de la fréquence des ondes à absorber. Pour la vibration des
structures, il est souvent fait appel au fameux «résonateur
linéaire», constitué d’un système masse-ressort-amortisseur
qui est accordé sur la fréquence des vibrations à éliminer.
Dans une série d’articles récents, O. Gendelman et A. Vakakis
[1] ont mis en évidence l’intérêt d’un résonateur original
constitué d’une masse et d’un ressort à raideur purement
non-linéaire, c’est-à-dire sans composante linéaire. Ce système
purement non linéaire ne possède pas de fréquence propre et
est capable d’osciller librement à n’importe quelle fréquence,
ce qui le différencie fortement de son homologue linéaire. Une
fois accroché sur un système vibrant, on peut obtenir (sous
certaines conditions) des régimes de fonctionnement très
particuliers où les échanges d’énergie se font dans un seul
sens : du système vibrant vers le résonateur non linéaire. On
parle alors de «pompage d’énergie» et cela se traduit par une
disparition rapide des oscillations du système linéaire.
Un nombre croissant d’articles est aujourd’hui publié sur
ce thème pour augmenter la compréhension théorique du
phénomène de pompage [2] ou pour présenter des possibilités
d’applications dans divers domaines. On peut se référer à
Gourdon et Lamarque [3] pour le génie parasismique et à
Farland et al. [4] et Kerschen et al. [5] pour une validation
expérimentale du pompage énergétique sur un système
mécanique élastique.
Dans ce travail, nous décrivons un dispositif expérimental
original qui a permis, pour la première fois semble-il, de
reproduire et d’analyser un transfert irréversible d’énergie
(pompage) entre un milieu acoustique clos et un absorbeur
non linéaire, constitué d’une fine membrane visco-élastique. La
membrane a été dimensionnée afin de vibrer sous de grandes
amplitudes dans le but de se comporter comme une raideur
essentiellement non linéaire. Cette observation du pompage
énergétique en acoustique est un premier pas vers la mise
au point d’une nouvelle génération d’absorbeurs acoustiques
non linéaires qui seraient efficaces essentiellement en basses
fréquences, là où les matériaux absorbants actuels sont
inopérants.
Modèles et mise au point d’un dispositif
expérimental
Les premières analyses théoriques du pompage utilisaient
des systèmes mécaniques très simples constitués de masses
et de ressorts linéaires et non linéaires comme celui de la
figure 1.
Romain Bellet,
Bruno Cochelin,
Philippe Herzog,
Pierre-Olivier Mattei
CNRS
Laboratoire de mécanique et d’acoustique
31, chemin Joseph Aiguier
13402 Marseille
E-mail : bellet@lma.cnrs-mrs.fr
Résumé
Cet article présente un dispositif expérimental permettant
d’étudier le phénomène de pompage énergétique entre un milieu
acoustique et un oscillateur non linéaire. Ce montage permet ainsi
d’observer un transfert irréversible d’énergie entre le premier
mode acoustique d’un tube et une fine membrane visco-élastique.
Divers aspects du pompage énergétique sont présentés :
différents comportements sous excitation harmonique, seuil de
pompage, capture de résonance et réponses impulsionnelles.
Abstract
This paper presents an experimental vibro-acoustic set-up that
aims to reproduce the energy pumping phenomenon between an
acoustic medium and an essentially nonlinear oscillator. It shows a
one-way irreversible transfer of energy between the first acoustic
mode in a tube and a thin visco-elastic membrane. Various
observed aspects of energy pumping are presented : different
existing behaviors under sinusoidal forcing, pumping threshold,
resonance capture and transient response.
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