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MOUSSES MÉTALLIQUES ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Parution : juin 2015 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200034092 - // charlotte PALMA // 195.25.183.153
Coefficient d'amortissement δ
(multiplié par 10 pour Al)
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
Aluminium dense (δ x 10)
Alporas 0,4 (porosité 84 %)
Alporas 0,26 (porosité 90 %)
0
10 -5 10 -4 10 -3
Amplitude d'excitation ε
Figure 21 – Courbes d’évolution du coefficient d’amortissement
(d’après [32])
& L’absorption vibratoire est liée aux amplitudes de l’excitation et
l’on distingue généralement (figure 21) une amplitude critique e Cr1
au-delà de laquelle [32] cette absorption cesse d’être constante
pour augmenter rapidement.
Il existe également une seconde valeur critique (e Cr2 ou e mpd ) au-delà
de laquelle la boucle d’hystérésis devient ouverte et où des déformations
micro plastiques apparaissent. Enfin, un phénomène de fatigue
(figure 22) traduit l’instabilité de l’amortissement et induit une diminution
du module d’élasticité apparent de manière plus ou moins
importante en fonction de la porosité et des amplitudes de vibration.
La capacité d’amortissement augmente avec l’amplitude et le
nombre de cycles alors que le module d’Young E apparent
diminue [34].
& Finalement, le comportement de l’amortissement peut se décliner
en trois domaines distincts :
– une zone indépendante de l’amplitude (thermoélastique) ;
– une zone dépendante de l’amplitude avec réversion possible ;
– une zone dépendante de l’amplitude avec des déformations
irréversibles (déformations microplastiques et apparition de
microfissures).
Pour pouvoir réellement comparer des matériaux entre eux et
être à même d’utiliser les valeurs proposées, il est fondamental de
préciser l’amplitude de déformation élastique de la vibration. Ceci
conduit à la définition de la SDC (specific damping capacity)
(§ 5.2.1) comme « la valeur de y pris à une amplitude de
0,1 s 0,2 », où s 0,2 est la limite d’élasticité du matériau.
Les mousses métalliques, dans des conditions normales d’utilisation,
sont en réalité des composites air/métal et leur comportement
vibratoire (figure 23) est différent suivant les valeurs de pression
d’air qu’elles contiennent.
& Enfin, la capacité d’absorption vibratoire est intimement liée àla
température. De ce fait, les études portent généralement sur des
essais sous vide pour ne prendre en compte que le comportement
du matériau mousse métallique. La capacité d’absorption vibratoire
[30] augmente linéairement avec la température et reste intimement
liée à la fréquence de vibration. Une méthode pour augmenter
la capacité d’absorption vibratoire [25] consiste à créer des
défauts (dislocation, fissures..) en compressant la mousse. Une
compression de 50 % sur une mousse Alporas‚ permet, par exemple,
de faire évoluer le facteur Q -1 de 0,0025 à 0,004.
& Les mousses de nickel offrent une spécificité : elles présentent
des phénomènes d’hystérésis magnéto-élastiques spécifiques [34]
qui renforcent les phénomènes mécaniques de friction interne,
classiquement attribués aux dislocations. Cette contribution
magnétique à l’absorption vibratoire peut être augmentée par un
recuit et annulée par la création d’un champ magnétique saturant.
N3801–16
ε Cr1
ε Cr2
Δ E/E (%)
5.2.3 Caractéristiques clés
Une relation de dépendance simple et pratique du décrément
logarithmique d est proposée pour les mousses [32] et constitue
une bonne approche :
avec : P porosité,
D
f
0
20
40
60
80
100
10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7
N (nombre de cycles)
ε 0
représente le facteur d’amplitude initial
P 1
δ ≈
D 1−
P f
( )
taille de pore,
fréquence.
(11)
Un classement des mousses [3] basé sur la transmission
d’une vibration au matériau, prend en compte le coefficient d’amortissement
vibratoire (Md = h) rapporté à l’indice de matériau M u .
Cet indice est une fonction du module d’Young E et de la masse
volumique r du matériau constitutif de la mousse qui répond à la
formule :
Mu
= E 13 / / ρ
ε 0
= 0,0013
ε 0
= 0,0010
ε 0
= 0,0008
Figure 22 – Variation du module E en fonction du nombre de cycles
sur mousse Alporas‚ 0,25 (porosité 90 %) (d’après [32])
Facteur de perte Q -1
0,0025
0,002
0,0015
0,001
0,0005
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0
10 -3 10 -2 10 -1 1 10 1 10 2 10 3
Pression (mbar)
Mousse Fraunhofer AlSiMg0,5 ( porosité 79% ), sous 1,85 +/- 0,1 kHz
Figure 23 – Dépendance à la pression, à faible amplitude, du
comportement vibratoire d’une mousse Fraunhofer (d’après [30])
Les valeurs de h annoncées sont comprises entre 0,002 et 0,01
pour les mousses d’aluminium, alors que les valeurs des alliages
d’aluminium se situent entre 10 -4 et2x10 -3 .