Méthodes d’amélioration du comportement vibratoire des stratifiés

Les performances des matériaux stratifiés en vibration peuvent être présentées par les valeurs des fréquences propres et ceux des facteurs d’amortissement correspondants [78], [79], [80]. En effet, connaissant les fréquences propres d’une structure, le concepteur est capable de fixer son choix sur les caractéristiques du stratifié permettant d’éviter les fréquences naturelles de service dans la structure étudiée. D’autre part, les facteurs d’amortissement permettent de déterminer le taux d’amortissement du matériau, et par conséquent de réduire les amplitudes de vibrations. Les vibrations en flexion dans des matériaux stratifiés peuvent être réduites par l'application d'une couche d’un matériau amortissant qui est contraint par une deuxième couche de support. Ce type de matériaux inclut la diminution des assemblages et entraîne une diminution importante de l’amortissement intrinsèque des structures. Tout en utilisant des matériaux légers et rigides, les stratifiés transmettent les vibrations avec un facteur d’amplification élevé. Ainsi, plusieurs travaux s’intéressent à l’augmentation de l’amortissement des structures stratifiés qui peut être amélioré par plusieurs méthodes : actives ou passives.

1.4.1. Méthodes actives

L’amortissement actif est un amortissement créé ou forcé par le concepteur. Il peut être apporté en utilisant des matériaux piézoélectriques. Ce type de matériaux joue le rôle de capteurs pour le contrôle des vibrations. Pour se faire, une couche d’un matériau piézoélectrique peut être collée sur la structure. En effet, lorsque la structure subit une contrainte, la déformation de la couche piézoélectrique produit un signal électrique ou ce signal peut être transmis également à la couche piézoélectrique pour générer une force ou un moment afin de contrôler les vibrations. Cette méthode d’amortissement actif présente l’inconvénient du besoin d’apport extérieur d’énergie.

1.4.2. Méthodes passives

L’amortissement passif ne nécessite pas d’énergie extérieure, il est induit par un matériau qui possède des propriétés dissipatives, comme les matériaux viscoélastiques. Un matériau viscoélastique possède à la fois un caractère visqueux et élastique. En effet, lorsqu’un matériau viscoélastique subit une sollicitation ou une contrainte, il conserve une partie de l’énergie reçue et dissipe le reste sous forme de chaleur. Ensuite, lorsque la contrainte devient nulle, la partie de la déformation subie est restituée par l’énergie déjà emmagasinée. La capacité des matériaux viscoélastiques à dissiper l’énergie fait de ce type de matériau un bon élément d’amortissement dans de nombreux secteurs de l’industrie. En effet, lorsqu’un matériau viscoélastique est collé sur

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ont été réalisés sur des structures sandwichs, non pas seulement pour avoir un rapport

rigidité/masse intéressant, mais surtout pour améliorer l’amortissement de la structure étudiée. L’âme du sandwich dans ce cas est un matériau viscoélastique, qui apporte un amortissement passif grâce à sa déformation en cisaillement. L’amortissement passif induit par l’intégration d’une couche viscoélastique entre deux couches élastiques a été étudié par Kerwin [83]. Cette méthode a été ensuite développée par Nashif et al. [82] qui ont utilisé une couche viscoélastique contrainte par une autre couche rigide (Fig 1.15). Ainsi, il a été montré que l’ajout de la couche contrainte permet d’augmenter la capacité de dissipation d’énergie de la couche viscoélastique. En effet, une plaque collée sur la couche viscoélastique permet de la déformer en cisaillement; et par la suite elle forcera tous les points de cette couche à travailler (Fig 1.15a), et non pas que les zones aux voisinages des faces extérieures (Fig 1.15b).

Cai et al. [78] et Granger et Ross [84] ont optimisé la méthode de la couche contrainte via l’utilisation de couches viscoélastiques disposées sur une portion de la plaque à amortir et contraintes par une couche élastique. La figure 1.16 présente le principe d’un amortissement passif local et contraint par des couches élastiques. Ce principe a été récemment utilisé par Fotsing et al. [85], Horel [86] et Piollet et al. [87] afin d’amortir des structures sandwichs par l’insertion d’une couche viscoélastique au niveau des peaux en composites des poutres sandwichs (Fig 1.17). Les résultats ont montré que lors des vibrations des poutres, la couche viscoélastique est sollicitée en cisaillement, et par suite, elle dissipe de l’énergie vibratoire. Le principal intérêt de cette solution est qu’elle permet d’améliorer l’amortissement de la structure par l’ajout d’une faible masse.

Khalfi [88] a utilisé cette méthode en disposant des patchs viscoélastiques sur une plaque sandwich. Il a montré l’importance du choix de la disposition de ces patchs dans les zones soumises au cisaillement maximal pour aboutir à un meilleur amortissement (Fig 1.18). Yang et al. [89] ont étudié aussi l’amortissement d’une structure sandwich contenant différentes épaisseurs de couche viscoélastique (Fig 1.19)

Certains travaux tels que ceux de Huang et al. [90] et Lam [91] ont combiné entre l’amélioration des propriétés modales des structures par à la fois un amortissement actif et passif, ceci en utilisant une couche viscoélastique qui est contrainte par une couche piézoélectrique. L’ajout d’amortissement à des structures stratifiées est donc en plein développement. L’intégration d’une couche viscoélastique naturelle entre deux peaux composites élastiques sera parmi les objets de cette étude.

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a)

b)

Figure 1-15. Déformation de la couche viscoélastique : a) cas de couche non contrainte, b)cas de couche contrainte [82].

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Figure 1-17. Insertion de couches viscoélastiques entre les couches des peaux de poutres sandwichs d’après Fotsing et al. [85].

Figure 1-18. Modèle d'une couche viscoélastique contrainte sur une portion d'une plaque sandwich utilisée par Khalfi [88].

Figure 1-19. Modèle d'une structure sandwich avec une couche viscoélastique inserée au niveau des peaux [89].

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