Amortisseur hybride embarqué pour la réduction des vibrations de torsion et de l’acyclisme des vilebrequins - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Hybrid embedded damper for the mitigation of torsional vibrations and rotational irregularities

Amortisseur hybride embarqué pour la réduction des vibrations de torsion et de l’acyclisme des vilebrequins

Résumé

This thesis has been operated as part of the research of the chair ”Solutions for the future of Road Freight Transport Solutions”, a cooperation of INSA Lyon, LaMCoS and Volvo Group, and aims at tackling vibratory phenomena within internal combustion engines by new means. These phenomena are mostly the torsional vibrations along the crankshaft, detrimental to the durability of the mechanical parts, and the rotational irregularities at the end of the crankshaft, that produce noise and shocks in the gearbox. A concept for a new device is described, which originality is to combine cyclic events and resonating phenomena. The purpose of this combination is to tackle at the same time the two types of vibrations, while providing a performance equivalent to that of active devices, but at a reduced energy cost. To that extent, a multiphysic hybrid damper has been developed during the thesis, seen as an improvement of the principle of tuned mass dampers with two types of electromagnetic transducers. This conception has lead to a numerical model, able to predict the overall dynamic behavior of a crankshaft equiped with such a device, as a function of a set of key parameters that have been identified. This model features noticeably pre-existing theoretical developments on an ideal linear motor, which helps describing the dynamics of the hybridized mass damper, as well as the Ostovic formalism on magnetic circuits, which is here adapted to describe the operation of single-phase permanent magnet machines. The concept and the model have been completed by the development and implementation of a demonstrator, dedicated to the measurement of the performance of a hybrid damper on a simplified crankshaft model. This demonstrator recreates a non-stationary rotation, characterized by cyclic events. The tests run on the demonstrator have led to an experimental validation of most of the dynamic behaviors predicted by the numerical model, and have proved the ability of the damper to decrease the torsional vibrations on a wide frequency range. In optimal cases, a complete cancellation of the oscillations has been measured.
Cette thèse, opérée dans le cadre de la chaire ”Solutions for the future of Road Freight Transport Solutions” (INSA Lyon, LaMCoS et Volvo Group), vise à étudier certains phénomènes vibratoires apparaissant dans les moteurs à combustion interne, en proposant un dispositif pour en réduire l’impact. Ces phénomènes sont principalement les vibrations de torsion, affectant l’intégrité des pièces en rotation, et l’acyclisme en sortie de vilebrequin, à l’origine de chocs et de bruits dans la transmission. L’originalité de ce dispositif est de mêler des phénomènes cycliques à des phénomènes résonants. Il a pour objectif autant de contrecarrer en même temps les deux phénomènes cités, que d’apporter une efficacité proche de celle de systèmes actifs tout en en réduisant la dépense énergétique. Pour cela, un concept d’amortisseur hybride multi-physique a été développé au cours de cette thèse, utilisant comme base la théorie des amortisseurs à masse accordée, et l’intégration de deux transducteurs électromagnétiques. Il a abouti à la mise en place d’un modèle numérique permettant de prédire le comportement dynamique en fonction de certains paramètres-clés qui ont été identifiés au cours de la thèse. Ce modèle intègre notamment un modèle pré-existant de moteur linéaire idéal, permettant de décrire la dynamique d’un étouffeur hybridé, ainsi qu’un formalisme adapté de celui d’Ostovic sur les circuits magnétiques, adapté pour modéliser le fonctionnement d’une machine électrique monophasée à aimants. Ce concept a aussi abouti au développement et à la construction d’un démonstrateur académique, dédié à la mesure de la diminution des vibrations de torsion permis par le concept, sur un banc de rotation non-stationnaire caractérisé par des phénomènes cycliques. Les essais menés sur celui-ci ont permis une validation expérimentale de plusieurs des comportements dynamiques prédits par le modèle numérique, ainsi que de tester les capacités de l’amortisseur hybride dans un cadre simplifié. Ces tests ont montré que l’amortisseur hybride conduit à une réduction des vibrations de torsion sur presque l’ensemble de la gamme de fréquences étudiée, avec une réduction d’amplitude d’oscillation pouvant aller jusqu’à 100%.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03670802 , version 1 (17-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03670802 , version 1

Citer

Guillaume Paillot. Amortisseur hybride embarqué pour la réduction des vibrations de torsion et de l’acyclisme des vilebrequins. Autre. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSEI099⟩. ⟨tel-03670802⟩
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