Identification et modélisation de phénomènes vibratoires non-linéaires dans les amortisseurs

• Auteur / Autrice : Marouane Benaziz
• Direction : Fabrice Thouverez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 20/12/2013
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Régis Dufour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Nacivet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Dion, Mihaï Arghir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Bruit

Amortissement (mécanique)

Mots clés libres

Amortisseur

Gloglottement

Instabilité

Clapet

Hydromécanique

Analyse de sensibilité

Shock absorber

Rattling noise

Instability

Valve

Hydromechanics

Sensitivity analysis

Résumé

Les phénomènes vibratoires à haute fréquence dans les amortisseurs sont défavorables du point de vue de la qualité sonore du véhicule. Les efforts transmis de l’amortisseur à la caisse, situés dans une bande de fréquences entre 200 Hz et 800 Hz, sont responsables du bruit que l’on appelle « gloglottement ». Ce bruit nait dans l’amortisseur lorsque la voiture roule sur une route dégradée et se transmet à la caisse par voie solidienne. La compréhension du phénomène de gloglottement et sa prédiction nécessitent l’identification des mécanismes physiques qui vont générer des pics d’efforts et des vibrations hautes fréquences. Ceux-ci sont liés aux comportements de l’huile de l’amortisseur, des composants mécaniques internes et des interactions entre ces éléments. Les moyens mis en oeuvre pour cette étude sont d’une part le développement d’un modèle d’amortisseur qui prend en compte la modélisation de la dynamique des clapets, des effets de « stiction » des clapets, du frottement et des relations entre les pertes de charges et les débits. D’autre part, une campagne d’essais a permis de construire le modèle et de le valider. La simulation permet de reproduire les phénomènes physiques observés à la mesure et ainsi d’identifier les mécanismes à l’origine du bruit, comme l’ouverture du clapet à ressort et la « stiction » à l’ouverture du clapet anti-retour. La sensibilité de la réponse vibratoire haute fréquence du modèle vis-à-vis de ses paramètres est évaluée avec la méthode de Morris. De plus, des orientations sont données sur la valeur des paramètres de conception dans le but de minimiser les pics d’efforts générés par l’amortisseur.

High-frequency vibratory phenomena in shock absorbers are not suitable for the car sound quality. Forces (in the frequency range [200-800] Hz) transmitted from the shock absorber to the car body are responsible for the so-called "rattling noise". This structure-borne noise is starting from the shock absorber when the car drives over a rough road and is transmitted to the car body by structural transfer path. In order to understand and predict the phenomena, physical mechanisms generating high-frequency vibrations and peaks in the shock absorber response must be identified. These mechanisms are closely related to oil behaviour, internal mechanical components and interactions between all these elements. The present work consists on the one hand in modelling the shock absorber taking into account valve dynamics, valve stiction, friction and loss of pressure relations in the orifices. On the other hand, experimental shock absorber testing was conducted in order to build the model and to validate it. Model simulations reproduce observed phenomena in the experiments and helped us to identify the mechanisms leading to structure-borne noise, like spring valve opening and check-valve stiction. Sensitivity of the model response due to its input parameters was evaluated with Morris method. Moreover, some guidances are given in order to reduce the level of structure-borne noise generated by the shock absorber.