Academic literature on the topic 'Amortissement non-linéaire'

Réduire le mouvement sismique atteignant les ouvrages de surface par modification de l’effet de site sismique est une solution innovante pour contribuer à répondre aux objectifs de protection parasismique. Cela peut être obtenu par modification du sol dans la masse pour réduire l’effet de site lithologique ou bien par la mise en place de dispositifs d’atténuation des ondes de surfaces pour réduire l’effet de site géométrique. Des difficultés pratiques doivent encore être résolues, dont l’identification des situations où réduire le mouvement sismique peut être utile en lien avec le type d’ondes (de volume/de surface) concernées, la faisabilité pratique des travaux envisagés, et la nécessité d’intégrer le comportement non-linéaire du sol dans les études spécifiques d’effet de site sismique. Cet article propose un cadre permettant d’évaluer l’intérêt pratique d’une réduction de l’effet de site sismique. Il fait le lien entre les capacités à modifier les caractéristiques mécaniques des sols à l’échelle de petits bassins sédimentaires, et d’autre part les études spécifiques des effets de site lithologique 1D et géométriques 2D/3D. Dans les conditions restrictives d’une configuration tabulaire 1D ou d’un bassin de forme géométrique 2D simple, il explore, pour un chargement sismique donné, les possibilités de modification du mouvement sismique en surface. Quatre profils de sols types sont considérés : trois sols de caractéristiques mécaniques croissantes (module de Young effectif, amortissement effectif) et un quatrième profil comprenant la purge des formations superficielles. Les résultats permettent d’apprécier les effets respectifs d’une atténuation des ondes de surface se propageant horizontalement et des ondes de volume à propagation verticale.

Cette thèse s'inscrit dans des travaux liés aux problématiques des structures assemblées. Après une analyse et une synthèse des différentes échelles de modélisation mises en jeu afin de déterminer l'amortissement dans les liaisons, le manuscrit met en évidence les changements d'échelles, soient les réductions de modèle. La résolution des problèmes de vibration non-linéaire mettent en jeu de nombreuses méthodes numériques. Le cadre de la thèse étant le régime permanent, l'équilibrage harmonique est la méthode clé, couplée à une résolution originale de type point fixe. En fonction du cas d'étude, trois pistes de résolution sont proposées. Si on connait tout du comportement, l'étude de la structure complète se résume à la résolution d'un système différentiel. La question est "comment le résoudre de manière efficace ?" Une comparaison de quatre formulations différentes du même problème dans les domaines temporel et fréquentiel, avec ou sans régularisation des forces hystérétiques, permet d'apporter des réponses à cette question. Si cela n'est pas possible ou déraisonnable, il faut alors essayer de décomposer le problème. Une des solutions afin d'accélérer le processus est de réduire le modèle. Pour cela une nouvelle base de réduction de la partie non-linéaire est introduite. Sa construction prend appui sur un indicateur énergétique et son utilisation sur un abaque. Enfin, si la construction de cet abaque est impossible, il est alors nécessaire d'avoir un calcul complet avec générations séquentielles d'abaques dynamiques de la sous-structure. Cette méthodologie adaptative alterne les résolutions temporelle et fréquentielle respectivement sur les domaines non-linéaire et linéaire sans recours à une méthode incrémentale type AFT
This thesis is part of work related to the problems of assembled structures. After an analysis and a synthesis of the different modeling scales involved in order to determine the damping in the joints, the manuscript highlights the scales changes, i.e. model reductions. Many numerical methods are used to solve nonlinear vibration problems. The framework of the thesis being steady-state vibrations, the Harmonic Balance Method is commonplace. Here it is coupled with an original fixed point algorithm. Depending on the case study, three resolution paths are proposed. If we know everything about the behavior, the study of the complete structure can be summarized to the resolution of a differential system. The question is "how to solve it efficiently?" A comparison of four different formulations of the same problem in the time and frequency domains, with or without the regularization of hysterical forces, provides answers to this question. If this is not possible or unreasonable, then one must try to decompose the problem. One way to speed up the process is to reduce the model. For this purpose a new basis for reducing the non-linear part is introduced. Its construction is based on an energy indicator and its use is based on a chart. Finally, if the construction of this chart is impossible, it is then necessary to have a complete computation with sequential generations of dynamic charts of the sub-structure. This adaptive methodology alternates the time and frequency resolutions respectively on non-linear and linear domains in a non incremental way

Les thématiques du LGEF englobent le développement des matériaux adaptatifs et de systèmes électroactifs. Les amortisseurs semi-passifs piézoélectriques constituent à ce titre l'une des déclinaisons les plus récentes de ces travaux. Dans ce cadre, une technique originale appelée SSD (Synchronized Switch Damping) a été développée en s'articulant sur un traitement non linéaire de la tension générée par les éléments piézoélectriques. Cette technique d'une grande universalité permet d'augmenter significativement les performances de systèmes d'amortissement de structures, de concevoir des éléments de récupération d'énergie ou encore d'effectuer de l'anéchoïsme. Mes travaux de thèse ont consisté à adapter la technique SSD au contrôle de l'onde acoustique réfléchie et de l'onde transmise par une paroi dans un conduit circulaire. L'objectif est de parvenir à un contrôle vibroacoustique du système permettant une diminution des champs de pression transmise et réfléchie. Dans ce but, un modèle analytique intégrant les phénomènes vibratoires et acoustiques a permis d'estimer l'atténuation obtenue en réflexion et en transmission. Ces estimations ont été validées à l'aide d'un dispositif expérimental constitué d'un conduit équipé d'une terminaison SSD permettant des atténuations de l'ordre de 15dB en réflexion etd e 7dB en transmission pour une excitation de type Burst. Le comportement fréquentiel de l'amortisseur SSD a également été estimé grâce à une excitation au balayage (Sweep). Des atténuations de l'ordre de 16dB en transmission sur 1 bande de 600Hz montrent aussi le caractère large bande de l'amortisseur. Finalement une approche probabiliste est appliquée pour résoudre le problème d'une excitation réaliste "large bande" simulée expérimentalement par un bruit blanc. Des atténuations significatives montrent l'intérêt qui peut apporter la loi probabiliste pour ce type d'excitation. De plus, les performances d'un panneau acoustique à absorbeurs SSD multiples ont été évaluées par simulation à l'aide d'un Modèle à Eléments Finis (code ANSYS), établissant ainsi la faisabilité de systèmes absorbants à large bande fréquentielle
Several semi passive techniques were previously developed at the LGEF laboratory to address the problem of structural vibration damping and noise reduction. These techniques, called SSD for “Synchronized Switch Damping”, consist in a non-linear processing of the voltage on a piezoelectric element. It is implemented with a simple switch driven during short periods synchronously with the structure motion. The switch connects the piezoelectric element to a circuit, which can be either a simple short circuit (SSDS), a small inductor (SSDI) or voltage sources (SSDV). In the case of the SSDS technique the voltage is briefly forced to zero, in the case of the SSDI it is reserved and in the case of the SSDV it is reversed around a continuous voltage. The experimental set-up consists of tube split in 2 regions by a piezoelectric element (BUZZER). A loudspeaker generates a tone acoustic wave in the first volume. Two microphone measures the reflected and transmitted acoustic wave in the two areas. The piezoelectric element is modelled by a simple lumped model. This model was theoretically developed allowing the simulation of the buzzer in Matlab and Ansys environment. Due to this mechanism, a good attenuation is obtained in reflection (30dB) and transmission (15dB) wave with an impulsionnelle excitation and around (16dB) attenuation is observed over a 600Hz wide frequency band in transmission using a sweep excitation

Les structures sandwichs sont largement utilisées dans le domaine de l’aéronautique et de l’espace du fait de leur bon rapport rigidité sur masse. Cependant, leur amortissement doit être amélioré pour le confort des utilisateurs et la durabilité des structures. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’amortissement apporté à une structure sandwich par l’utilisation d’un matériau d’âme récemment développé. Ce matériau est fabriqué à base de fibres de carbone enchevêtrées, réticulées avec de la résine époxy. Le matériau enchevêtré-Réticulé est d’abord étudié seul. Les mesures expérimentales montrent un comportement dépendant de l’amplitude et de l’historique de sollicitation, et indépendant de la fréquence. Un modèle d’hystérésis est développé pour décrire les boucles contrainte-Déformation mesurées. L’étude théorique d’une structure à un degré de liberté permet de détailler l’effet des différentes composantes de ces boucles sur la réponse dynamique. Le matériau est ensuite inclus dans une poutre sandwich. Un modèle de vibrations de poutres sandwichs en flexion est proposé pour inclure un comportement non-Linéaire dissipatif du matériau d’âme. Une étude expérimentale est menée sur des poutres sandwichs, montrant un amortissement très supérieur à celui apporté par un matériau d’âme classique comme le nid d’abeille. Les simulations réalisées avec le modèle de poutre sandwich et le modèle d’hystérésis permettent de bien capturer les phénomènes non-Linéaires observés. A la fin de l’étude, une utilisation mixte d’un matériau d’âme en nid d’abeille et d’un matériau d’âme enchevêtré-Réticulé est proposée afin d’obtenir un bon amortissement pour un faible ajout de masse
Sandwich structures are widely used in aerospace applications for their very good stiffness to weight properties. However, the damping properties of these structures have to be improved for user comfort and structural durability. The aim of this thesis is to study how the use of a recently developped core material can increase damping in sandwich structures. This material is made with entangled carbon fibres cross-Linked with epoxy resin. The entangled-Cross-Linked material is first studied separately. Experimental measurements show that the behavior depends strongly on strain amplitude and excitation history, while it depends weakly on frequency. A hysteresis model is developed to describe measured stress-Strain loops. A single-Degree-Of-Freedom structure containing the material is studied theoretically to show the effect of the different parts of the hysteresis loops on the steadystateand transient responses. The material is then included in a sandwich beam. A model for the bending vibrations of a sandwich beam is developped to include any nonlinear nonconservative behavior of the core material. Sandwich beams are then studied experimentally, showing a much higher damping than for classical core materials such as honeycomb. Simulations made with the sandwich beam model and the hysteresis loop model capture well the observed nonlinear phenomena. At the end of the study, a mixed use of honeycomb and entangled-Cross-Linked core materials is proposed, in order to obtain a high level of damping without adding much weight to the structure

Les matériaux viscoélastiques sont utilisés dans tous les domaines de l'ingénierie et des systèmes mécaniques, de l'électroménager, spatial, l'automobile, l'aéronautique ou le génie civil (ponts...) grâce à leur capacité d'amortir les chocs ou de filtrer les vibrations. Ce travail constitue une contribution à l'étude du comportement dynamique non linéaire des composants viscoélastiques notamment les élastomères. Dans ce mémoire, on introduit, d'abord, les propriétés mécaniques des élastomères, pour les aspects viscoélasticité et friction. Un rappel des différents phénomènes physiques et une liste non-exhaustive des modèles existants dans la littérature sont présentés. Ensuite, on propose des techniques expérimentales afin de décrire le comportement dynamique sous sollicitations uniaxiales d'un élastomère. Une description des bancs d'essais, des chaines d'analyse vibratoire, des méthodes de traitement des données des essais et d'analyse des mesures expérimentales est détaillée dans ce manuscrit. Une nouvelle approche du modèle de Maxwell généralisé a été proposée pour décrire le comportement dynamique du composant viscoélastique. Ce modèle permet une description précise et une bonne connaissance du comportement dynamique des composants viscoélastiques en fonction de l'amplitude, de la précharge et de la fréquence. La dissipation d'énergie identifiée sous forme d'amortissement peut être issue de l'amortissement intrinsèque des matériaux polymère comme de la friction aux interfaces dans le cas de composants caoutchoucs non adhérisés sur les pièces, dans ce travail, un nouveau modèle visco-tribologique a été développé en couplant les propriétés rhéologiques linéaires du modèle de Maxwell généralisé et le modèle de frottement de Dahl pour la description du comportement de frottement hystérétique des liaisons viscoélastiques non adhérisées.

Les chargements dynamiques extrêmes sont une cause importante des dommages des structures. Dans la nature, certaines plantes, particulièrement les arbres, résistent régulièrement à des chargements extrêmes comme lors de tempêtes. Pour ces structures vivantes, produits de l'évolution, dissiper efficacement l'énergie mécanique reçue lors de tels chargements conditionne leur survie et le mécanisme de leur amortissement est donc probablement optimisé. L'idée bio-inspirée défendue ici est que le branchement offre aux structures flexibles un mécanisme d'amortissement robuste et spécifique aux vibrations de grande amplitude. La dynamique en grands déplacements d'un modèle branché élémentaire ayant deux degrés de liberté est étudiée, mettant en évidence un transfert non linéaire d'énergie entre les modes propres. Ce transfert provient de non-linéarités géométriques et s'explique par une excitation centrifuge des branches par l'oscillation du tronc ; cette excitation est effective lorsque le rapport des fréquences des modes correspondants est approximativement de 2. Ce mécanisme, dénommé \mbox{"amortissement par le branchement"}, produit une dissipation spécifique qui augmente avec l'amplitude des vibrations. Il apparaît comme robuste vis-à-vis de la variété des sources possibles de dissipation de la structure, provenant, par exemple, de l'interaction avec un fluide environnant. En utilisant la méthode des éléments finis, l'analyse de la dynamique en grands déplacements d'un modèle branché continu constitué de poutres, excité par lâcher ou par forçage, montre l'applicabilité du mécanisme à des structures plus complexes. Une expérience met en évidence ce mécanisme d'amortissement par le branchement sur une structure flexible branchée et réglée en fréquence. Ces résultats ont permis de concevoir un absorbeur dynamique branché pour les systèmes en rotation, lequel offre des performances supérieures, dans une certaine gamme d'amplitudes, à celles d'un absorbeur dynamique classique équivalent. Enfin, l'analyse d'un modèle ramifié suggère que ce mécanisme est effectivement présent dans les arbres
Extreme dynamical loads are a cause of damage of man-made structures. In nature, some plants, trees in particular, repeatedly endure extreme loads mostly caused by strong climatic events. For such living structures, it is of vital importance to efficiently dissipate mechanical energy received by such loading conditions and evolution may well have optimized their damping mechanism. The bio-inspired idea defended here is that structural branching of flexible structures brings a robust and specific damping mechanism for vibrations of large amplitude. The large amplitude dynamics of an elementary branched model with two degrees of freedom is studied, showing a non-linear energy transfer between normal modes. This transfer originates in the geometrical nonlinearities, explained by the centrifugal forces acting on branches when the trunk oscillates. The transfer is effective when the frequency ratio of the corresponding normal modes is approximately 2. This mechanism, coined \mbox{"damping by branching"}, is specifically efficient to dampen large amplitude vibrations. It appears as robust against the variety of possible sources of dissipation of the structure, including the interaction with a surrounding fluid. Using the finite element method and a flexible beam approximation, the dynamics of a continuous branched model, excited by pull-and-released or by harmonic forcing, is analysed and demonstrates the applicability of the mechanism to more complex structures. This damping mechanism is experimentally displayed on a flexible branched structure of which modal frequencies have been tuned. These results lead to the design of a branched dynamic absorber for rotating systems, which offers better performances than those of a conventional and equivalent dynamical absorber in a certain range of amplitudes. Finally, the analysis of a multiple-branched model suggests that this mechanism is actually present in trees

La connaissance du coefficient d'amortissement reduit du premier mode d'un assemblage combustible de r. E. P. (reacteur a eau pressurisee) est un parametre important dans un contexte de surete nucleaire. En effet, cette caracteristique est une donnee d'entree dans les codes de calcul dedies aux predictions du comportement des assemblages soumis a une sollicitation sismique. Les methodes experimentales classiquement utilisees pour la determination de ce coefficient sont basees sur un formalisme lineaire du comportement dynamique de l'assemblage. Il a ete montre par ailleurs, et nous le confirmons dans notre analyse, que cette structure a un comportement non-lineaire. Nous proposons ici une methodologie pour l'identification de l'amortissement et de la frequence du premier mode de l'assemblage, tenant compte de cette caracteristique. Dans cette demarche, nous utilisons une large base de donnees d'essais constituee de reponses a des lachers effectues en air ou en eau stagnante pour differentes amplitudes initiales. Des modeles non-lineaires parametres d'amortissement et de force elastique de rappel sont selectionnes a priori. Ils dependent du deplacement instantane de l'assemblage et, apres optimisation des parametres des modeles a partir des resultats experimentaux, nous procurent une formulation pour l'amortissement et la frequence adaptee au comportement non-lineaire de la structure. Les resultats obtenus permettent une representation continue de ces deux grandeurs. Les tendances experimentales observees auparavant sont retrouvees. Dans une deuxieme phase, le modele non-lineaire d'amortissement est utilise pour simuler le comportement dynamique de l'assemblage a l'aide du code aux elements finis cea, castem2000. Les predictions de reponses obtenues pour d'autres altitudes que celle du lacher sont tres encourageantes mais notre approche reste a valider pour le cas d'une excitation sismique et entretenue.

En aérospatial, les contraintes de masse ont conduit à utiliser des structures plus légères et par conséquent plus souples, induisant de nouveaux objectifs de commande, comme la réduction des efforts structuraux. Pour satisfaire ces objectifs, les modes de flexion doivent être considérés dès la synthèse de la loi de commande, ce qui entraîne certaines contraintes comme les non linéarités, le sous actionnement et l’altération des mesures par les modes souples. En considérant ces contraintes, cette thèse traite de la synthèse d’une méthode de commande non linéaire pour les systèmes aérospatiaux souples. Nous nous intéressons particulièrement au problème d’atténuation des oscillations provoquées par les modes souples. Pour cela, nous définissons une classe de système non linéaire, sous actionnée et à minimum de phase, représentative des systèmes aérospatiaux souples. Pour cette classe de système, nous proposons une loi de commande non linéaire synthétisée par retour d’état en utilisant des changements de variables et la technique du backstepping. La synthèse est effectuée de façon à améliorer le régime transitoire des modes souples. Les états souples n’étant pas mesurés, le problème du retour de sortie est également traité par l’intermédiaire d’observateurs adaptatifs (à temps fini et asymptotique). Des incertitudes sur la pulsation et l’amortissement des modes souples sont en particulier considérées. La méthode proposée est illustrée par des simulations numériques réalisées sur un lanceur et un avion hypersonique
Due to mass constraints aerospace systems tend to have lightweight and flexible structures leading to new control objectives such as structural load reduction. To fulfil these objectives, flexible modes must be considered from the design of the controller, requiring to consider some constraints such as nonlinearities, underactuation, or measurement corruption terms. Consider these constraints, this thesis treats the design of a nonlinear control method for flexible aerospace systems. We particularly focus on the problem of reducing oscillations caused by the bending modes. To do that, we define a class of nonlinear system which is both underactuated and minimum phase and that represents flexible aerospace systems. Consider this class, we propose a nonlinear full-state controller based on changes of coordinates and the backstepping technique. The control design is carried out to enhance the transient of the flexible modes. Flexiblestates being not measured, the output-feedback problem is also treated through adaptive observers (finite-time and asymptotic). Uncertainties of natural damping and frequency of the bending modes are particularly considered. The proposed method is illustrated by numerical simulations performed on a space launch vehicle and an hypersonic aircraft

Cette thèse s’articule autour de deux thèmes principaux : la compréhension fine et l’analyse robuste du crissement de frein. Afin de prédire le crissement, une méthodologie linéaire basée sur un modèle éléments finis représentatif d’un frein réel est proposée dans un premier temps. Ce modèle permet de mettre en évidence le concept de coalescence de modes et de le généraliser afin de considérer le crissement comme un phénomène multiparamétrique de couplage de modes. Une étude originale de l’effet de l’amortissement sur la stabilité du système est également réalisée. Dans un second temps, une méthodologie non-linéaire incluant un calcul statique non-linéaire, une linéarisation du problème et une analyse aux valeurs propres complexes est adoptée. L’influence de la position d’équilibre statique sur le comportement dynamique du système est expliquée. Des courbes de coalescence présentant des discontinuités sont mises en évidence. Ces discontinuités dues aux changements de position d’équilibre statique expliquent la nature fugace du crissement lorsque le système est faiblement chargé. Pour concevoir au mieux un système de freinage, il est important de prendre en compte la problématique du crissement au plus tôt dans le processus de conception. Un modèle de conception est proposé et est capable de représenter à moindre coût le comportement nominal du système ainsi que sa variabilité aux paramètres. Ce modèle permet de hiérarchiser les paramètres dimensionnants en fonction de leur impact sur le crissement. Afin d’évaluer les performances du système en prenant en compte la variabilité aux conditions d’utilisation et d’environnement, une démarche nommée matrix test numérique est proposée et permet de balayer toutes les conditions dans lesquelles le système est susceptible d’être utilisé. Une démarche de conception robuste, qui s’appuie sur les matrix tests numériques, est enfin proposée afin de trouver une solution plus performante et plus robuste que la solution initiale vis à vis des différentes dispersions. Cette approche aboutit à une solution qui présente un risque de crissement quatre fois inférieur à la solution initiale
This study deals with advanced understanding and robust analysis of brake squeal. First, a linear methodology based on the finite element model of an actual brake corner is proposed. This model points out the mode lock-in mechanism, which may be generalized to consider squeal as a multiparametric mode coupling phenomenon. An original study dealing with the effect of damping on the system stability has been conducted. Then, a non-linear methodology including a non-linear static step, a linearization process and a complex eigenvalue analysis is applied. The effect of static position on dynamic behaviour is explained and coalescence curves featuring discontinuities are shown. These discontinuities, which are induced by changes in static position, account for the fugitive nature of squeal when the brake is weakly loaded. It is important to consider squeal upstream in the development process to improve braking systems. A cost effective design model, which is able to reproduce with accuracy the nominal behaviour of the system and its variability to parameters, has been proposed. Thanks to this model, major parameters are ranked with respect to their effet on squeal. In order to assess the system performance considering operative and environment parameters, a numerical matrix test methodology has been proposed and sweeps all the conditions the brake may face. A robust design approach based on numerical matrix tests has been undertaken to find a more competitive and more robust solution

L'intégration des liaisons à courant continu dans les systèmes électriques permet d'accroitre les possibilités de pilotage des réseaux, ce qui permet d'en améliorer la sûreté et de raccorder de nouveaux moyens de production. Pour cela la technologie VSC-HVDC est de plus en plus plébiscitée pour interconnecter des réseaux non synchrones, raccorder des parcs éoliens offshore, ou contrôler le flux d'énergie notamment sur des longues distances au travers de liaisons sous-marines (liaison NorNed). Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation, la commande non-linéaire et la stabilisation des systèmes VSC-HVDC, avec deux axes de travail. Le premier se focalise sur la conception et la synthèse des lois de commandes non-linéaires avancées basées sur des systèmes de structures variables (VSS). Ainsi, les commandes par modes glissants (SMC) et le suivi asymptotique de trajectoire des sorties (AOT) ont été proposées afin d'assurer un degré désiré de stabilité en utilisant des fonctions de Lyapunov convenables. Ensuite, la robustesse de ces commandes face à des perturbations et/ou incertitudes paramétriques a été étudiée. Le compromis nécessaire entre la robustesse et le comportement dynamique requis dépend du choix approprié des gains. Ces approches robustes, qui sont facile à mettre en œuvre, ont été appliquées avec succès afin d'atteindre des performances dynamiques élevées et un niveau raisonnable de stabilité vis-à-vis des diverses conditions anormales de fonctionnement, pour des longueurs différentes de liaison DC. Le deuxième vise à étudier l'influence de la commande du convertisseur VSC-HVDC sur l'amélioration de la performance dynamique du réseau de courant alternatif en cas d'oscillations. Après une modélisation analytique d'un système de référence constitué d'un groupe connecté à un convertisseur VSC-HVDC via un transformateur et une ligne, un contrôleur conventionnel simple PI est appliqué au niveau du convertisseur du système pour agir sur les oscillations rotoriques de la machine synchrone. Cette commande classique garantie une amélioration acceptable des performances dynamiques du système; surtout pour l'amortissement des oscillations de l'angle de puissance de la machine synchrone lors de défauts.