Teaching Material

Passerelle de démonstration: amortisseur à masse accordée
ENAC-IIC-IMAC

Pour les passerelles, la fréquence fondamentale tombe très souvent dans une plage problématique pour son utilisation. En effet, elle se situe dans la gamme de l’activité humaine, entre la fréquence de la marche (1.6 à 2 Hz) et celle de la course (2.5 à 3 Hz). De plus l’amortissement est généralement faible, ce qui accentue encore l’amplitude des oscillations.
L’amortisseur à masse accordée est un dispositif permettant d’atténuer, voire d’annuler, les vibrations transmises par une force perturbatrice harmonique (la marche d’un piéton par exemple). Son principe de fonctionnement réside dans le comportement dynamique d’un oscillateur à deux degrés de liberté (une masse principale et une masse secondaire). En ajustant correctement les fréquences du système, la masse principale, sur laquelle pourtant la force harmonique agit, reste immobile. Toutes les oscillations sont transmises à la masse secondaire. L’avantage principal d’un tel système est que la masse secondaire ne représente qu’une petite fraction (quelques pourcents) de la masse principale. De plus, il s’agit d’un système passif qui n’a pas besoin d’énergie externe pour fonctionner. Il faut cependant que la fréquence de l’amortisseur soit finement accordée sinon le système perd rapidement de son efficacité.
La passerelle de démonstration a été conçue pour mettre en évidence le fonctionnement d’un amortisseur à masse accordée. Elle est formée de deux poutres en acier d’une longueur de 10 m sur lesquelles sont fixées des plaques en acier pour former le tablier. La fréquence propre est de 2.75 Hz. L’amortisseur massique est composé de deux masses de 50 kg environ chacune, suspendues à des ressorts. La passerelle a été développée par des étudiants de la section de génie civil au cours de plusieurs projets de semestre qui ont apporté des améliorations successives.

Modèles de cadres 2D de démonstration
ENAC-IIC-IMAC

Des modèles de cadres en 2D sont utilisés dans le cours de dynamique des structures pour illustrer les propriétés dynamiques des structures. Le cadre à un étage permet de matérialiser la modification de la fréquence propre des mouvements horizontaux latéraux lorsque la masse est doublée, par exemple. Un petit moteur électrique entraînant un disque avec une masse excentrée est également employé pour appliquer une force harmonique et examiner ainsi les oscillations forcées (ou entretenues). La fréquence de l’excitation est contrôlée en modifiant la vitesse de rotation du moteur à l’aide d’un potentiomètre. Avec le cadre à deux étages, il est possible de mettre en évidence le principe de fonctionnement de l’amortisseur à masse accordée. Pour un rapport de fréquences précis, le déplacement du premier étage est nul. Le premier étage, sur lequel pourtant la force harmonique agit, reste alors immobile et toutes les oscillations sont transmises au deuxième étage.