Étude d'un système d'isolation des transmissions des vibrations pour sièges vibrants

Tousignant, Danick (2018). Étude d'un système d'isolation des transmissions des vibrations pour sièges vibrants. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les systèmes de mouvement utilisant des effets programmés, pour le contenu visuel, envoyés à un système d’actuateurs électromécaniques, sont très populaires dans les centres récréatifs. Des vibrations apparaissant dans l’environnement nuisent à l’implémentation de cette technologie dans le marché résidentiel. La problématique est donc d’étudier l’effet des vibrations sur les systèmes connexes excités par la transmission des vibrations. L’objectif est d’étudier la faisabilité de concevoir une plateforme d’isolation des vibrations adaptable à n’importe quel plancher, masse et type d’excitation.

Des essais vibratoires et modaux ont été effectués. Des masses de 100lb, 150lb et 200lb en fonte, ajoutées sur le fauteuil, ont été utilisées afin de représenter plusieurs types d’utilisateurs. Une excitation harmonique soit un balayage de 3 à 100 Hz, une excitation mixte soit une trame de film et deux types de plancher ont été testés. Un plancher de bois a été simulé par une plateforme de bois surélevée ainsi qu’un plancher de béton d’entrepôt reposant sur du roc. Par la suite, quatre systèmes d’isolation des vibrations ont été testés sur la plateforme de bois.

Les résultats ont démontré que le plancher de béton qui repose sur du roc, dans les conditions testées, répond à la norme ISO 10137 et donc qu’aucun système d’isolation n’est nécessaire. Pour la plateforme de bois, les vibrations du sol sont plus élevées sur tout le spectre fréquentiel étudié. Ceci est principalement dû à la forte transmissibilité qui atteint une amplification de 14 à la première résonance. Aucun système d’isolation n’a permis de réduire les vibrations de la plateforme de bois sous la norme ISO 10137. Par contre, l’ajout de sac de sable sous les vérins a été très efficace lors du film, réduisant la transmissibilité à la première résonance de 50% à 65% et les vibrations au sol, de 60% à 70%.

Un modèle d’analyse par éléments finis a été recalé à partir des essais expérimentaux. La plateforme a été encastrée aux solives extérieures dans le but de mieux représenter le comportement d’un plancher résidentiel en bois. Le comportement de planchers de 8’ (2,44m), 12’ (3,66m), 16’ (4,68m), 20’ (6,10m) et 24’ (7,32m) de côtés a été simulé. Certains systèmes d’isolations et l’effet de la position du fauteuil sur le plancher ont aussi été testés à partir de ce modèle.

Les résultats démontrent que la plateforme testée représente le comportement d’un plancher carré se situant entre 16’ et 20’ de côté. Les planchers plus rigides, soit ceux de dimensions de 8’ et 12’, ont donné des amplitudes maximales plus faibles de 87% et 55% et le plancher plus souple, de 16%. L’ajout d’une plateforme lourde ne rigidifiant pas le plancher a permis une diminution des vibrations maximales des planchers allant de 32 à 45%. La rigidification du plancher par l’ajout d’un faux plancher a aussi donné des résultats très positifs. Des poutrelles d’acier de profilé S130x22.0 ont amené une diminution de l’amplitude maximale de 63% à 85%. De plus, la position optimale du fauteuil sur le plancher est lorsque celui-ci est décentré latéralement et vers l’arrière. La combinaison de ces deux methods d’isolation et de la position optimale ont permis des diminutions de l’amplitude maximale respectives de 40 à 78% et de 75 à 92% pour les planchers de 12’ à 24’ de côté.

Aucun système d’isolation testé n’a permis de diminuer les vibrations transmises au plancher de bois sous la norme ISO 10137, dans les conditions testées. Les vibrations du plancher ont été recueillies directement sous le fauteuil, tandis que la norme suggère d’évaluer les vibrations à un endroit où les gens sont susceptibles de les ressentir, rendant le seuil utilize probablement conservateur. Les systèmes d’isolation testés permettent tout de même de diminuer significativement les vibrations induites. Suite à ces résultats, il est recommandé d’effectuer les essais sur de véritables planchers de bois résidentiel afin de vérifier les résultats et d’étudier l’effet sur le voisinage. De plus, l’ajout d’un système d’amortissement semi-actif, tels des amortisseurs magnéto-rhéologiques, diminuant les vibrations aux résonances, pourrait être bénéfique.

Titre traduit

Development of a vibration transmission isolation system for vibrating seats

Résumé traduit

Motion systems using programmed effects for visual content, sent to an electromechanical actuator system, are becoming very popular in recreational centers. However, this results in harmful vibrations caused by the transmissibility to the floor, mainly prejudicial in the residential market. The problematic is therefore to study the effect of vibrations on associated systems excited by the transmission of vibrations. The objective is to study the feasibility of designing a vibration isolation platform that can be adapted to any floor, mass and excitation.

Vibration and modal tests were carried out. Cast iron weights of 100lb, 150lb and 200lb, added to the chair, were used to represent several types of users. Harmonic excitation, a 3 to 100 Hz sweep, a mixed excitation, a film frame, and two types of floors were tested. A wooden floor was simulated by a wooden platform, and a concrete floor, by warehouse floor resting on rock. Subsequently, four vibration isolation systems were tested on the wooden platform.

The results showed that the concrete floor, resting on rock, under the conditions tested, meets the ISO 10137 standard and no vibration isolation system is needed. For the wooden platform, the vibrations are higher for the studied spectrum. This is mainly due to the high transmissibility, which reaches an amplification of 14 at the first resonance. No isolation system has reduced the vibrations of the wooden platform under the ISO 10137 standard. Adding sandbags under the actuators was very effective during the film, reducing the transmissibility at the first resonance from 50 to 65% and the vibrations on the platform form 60 to 70%.

A finite element analysis model was calibrated from the experimental tests. Exterior joists of the platform were built-in to better represent the behavior of a residential wood floor. Behavior of 8’ (2,44m), 12’ (3,66m), 16’ (4,68m), 20’ (6,10m) and 24’ (7,32m) floors was studied. Some isolation system and the effect of chair position on the floor were also tested.

Results showed that the tested platform represents the behavior of a wooden floor of a side size between 16’ and 20’. The more rigid floors, those with dimensions of 8’ and 12’, gave lower maximum amplitudes of 87% and 55%, and the more flexible floor, of 16%. The addition of a heavy platform, that does not stiffen the floor, allowed a reduction of the maximum vibrations ranging from 32 to 45%. The stiffening of the floor by the addition of a double floor also gave very positive results. S130x22.0 profile steel beams reduced the maximum amplitude by 63% to 85%. The optimal position of the chair on the floor is when it is off-centred laterally and rearward. The combination of those two isolation methods and the optimal position resulted in maximum amplitude decreasing of 40 to 78% and 75 to 92%, respectively, for 12’ to 24’ floors.

No system has reduced the vibrations transmitted to the wood floor under the ISO 10137 standard, under tested conditions. Floor vibrations has been collected directly under the seat, while the standard suggests evaluating vibrations at a place where people are likely to feel them, making the threshold used probably conservative. Tested isolation systems can still significantly reduce the induced vibrations. Based on these results, it is recommended that testing be done on real residential wood floors, taking into account other factors such as floorbased furniture. The addition of a semi-active damping system, such as magneto-rheological dampers, reducing vibrations at resonances, could be beneficial.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 111-113)
Mots-clés libres:	vibration, transmission, fauteuil vibrant, plancher résidentiel, plancher de bois, plancher de béton, sacs de sable
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Thomas, Marc
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	14 nov. 2018 19:07
Dernière modification:	14 nov. 2018 19:07
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2144

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