Academic literature on the topic 'Vibration mécanique'

We review the mechanics of H-bonds as revealed by ir spectroscopy and show how the various (strong) anharmonic couplings of the νs vibrations [Formula: see text]of H-bonds may be treated so as to eliminate the irrelevant features of the spectra and keep only those features which may give information on the still unknown dynamical quantities of the H-bonds, such as the transfer of protons through H-bonds or the mechanism of rupture of H-bonds. We also describe the possibilities offered by vibrational spectroscopy for studying these dynamical quantities, which may be important in biology.

La sismique fréquentielle est une méthode peu utilisée bien que très puissante pour vérifier la continuité des contraintes dans un massif. Mise au point pour des contrôles d’injection, elle est utile par exemple pour déterminer que le toit d'une exploitation minière est resté stable, même 50 ans après son abandon (cas de Chizeuil). Cela peut l'être aussi pour détecter des karsts inattendus sous des fondations (cas de Tournai). Le principe en est simple : il s'agit d'émettre un choc mécanique dans un terrain et d'analyser en fréquence le signal reçu par un récepteur en plusieurs points du massif. Le champ de contrainte produit par le choc voit son spectre modifié par le terrain : en milieu continu, le modèle de Kelvin-Voigt montre que les fréquences transmises sont plus élevées si le module élastique est élevé ; il en est de même si la viscosité est élevée. En milieu fracturé, les fractures jouent le rôle d'un filtre passe bas : à toute largeur de fissure correspond une longueur d’onde minimale au-delà de laquelle il n'y a pas transmission de la vibration de part et d’autre de la fracture. En conséquence, les hautes fréquences ne passent que s'il n'y a pas de fissures, si le module élastique est élevé et si la viscosité importante, ce qui est un objectif commun à tout constructeur. A Chizeuil, sept forages de 50 mètres réalisés au-dessus de l’exploitation ont permis de montrer que les hautes fréquences étaient transmises au-dessus de la mine sur 20 mètres ou plus avec une remarquable continuité ; aucune basse fréquence n'apparaît, le toit de la mine n'est donc pas fissuré. L'exemple de Tournai est l'inverse du précédent : une trentaine de forages de 18 mètres de profondeur ont permis de dessiner une carte sommaire des karsts en dessous de fondations en cours de réalisation et de délimiter précisément un certain nombre de secteurs, ce qui a permis de poursuivre la construction avec un maximum d'informations.

La caractérisation de l’aléa sismique constitue un enjeu majeur dans le domaine du génie civil. En ingénierie des vibrations, il n’existe pas de domaine d’étude similaire bien que cette question soit décisive pour la prédiction de l’impact et de la gêne occasionnée (population, environnement, ouvrages, industrie de pointe). Cette caractérisation passe nécessairement par la connaissance des diverses sources de vibrations : exploitation des infrastructures (ferrées et routières), travaux de construction ou de rénovation (vibrofonçage, battages). Elle dépend fortement du mode de propagation des ondes mécaniques entre la source et le récepteur selon les sols (sites) et leur stratification. La nocivité des vibrations (i.e. capacité à occasionner des dégâts) dépendra donc du type de source, de la propagation, mais également de la réponse dynamique du récepteur exprimée en fonction de ses propriétés modales. Dans cet article, des simulations numériques sont combinées à des enregistrements de vibrations, liées à l’exploitation d’infrastructures ou engendrées par des chantiers. Dans l’hypothèse de sols à comportement viscoélastique et pour une configuration stratigraphique donnée, les niveaux de vibrations envisageables à la surface libre s’estiment en fonction de la distance à la source. Les enregistrements considérés permettent d’identifier des indicateurs pertinents et de proposer une classification simplifiée des sources et des sites. On combine ainsi les caractéristiques spectrales des sources (représentées par leur Transformée de Fourier) et la propagation entre la source et le récepteur au moyen d’une fonction de transfert (rapport spectral entre vibration à une distance donnée et celle au niveau de la source). La correspondance entre les propriétés spectrales des sources et celles d’un site donné est quantifiée par le facteur d’immunité (IMF) indépendamment du récepteur à considérer. Cette quantification représente l’ « aléa vibratoire » qui indique le niveau vibratoire attendu en entrée au niveau du récepteur. Ceci est similaire à la définition de l’aléa sismique utilisée dans l’Eurocode 8 pour les études de dimensionnement et renforcement sismique. En utilisant les paramètres comme le gradient de vitesse et le contenu spectral des enregistrements, les effets induits ont été analysés pour de multiples sources. Des indicateurs pertinents (vitesse moyenne à faible profondeur et gradient de vitesse) sont introduits afin de proposer une classification simplifiée de l’aléa vibratoire pour les différentes sources considérées. En cas d’absence de mesure pour une source et un site donnés, cette classification empirique pourra être utilisée afin d’estimer le niveau vibratoire attendu en entrée d’un récepteur.

The paper presents the main results obtained from experimental and numerical investigations of the thermal and mechanical behaviors observed during curing of a massive concrete element made with type 20M cement. An experimental concrete block 920 mm in diameter and 1000 mm in thickness was instrumented with thermocouples and vibrating-wire strain gages in order to monitor the early age behavior of mass concrete. A numerical model was used to predict the temperature field that occurs in the concrete element upon hydration of cement. The modeling of the mechanical behavior was achieved using a law that accounts for autogenous shrinkage. The experimental results illustrate the importance of selecting the type of cement for use in mass concrete. The data provided by the numerical models are in good agreement with the experimental results. Key words: dam, mass concrete, deformation, finite elements, thermal gradient, instrumentation, autogenous shrinkage, temperature. [Journal translation]

Le quartz est la matière première principale pour la production du silicium. De nos jours, les industriels ont retenu le quartz en morceau pour la production du silicium et cela pour éviter la production des fines qui affectent négativement le fonctionnement du four et le procédé de carbo-réduction. Malheureusement, obtenir du quartz pur devient de plus en plus difficile. La caractérisation du quartz ayant les propriétés exigées pour la carbo-réduction dans le but d’obtenir le silicium s’avère primordiale, ainsi différentes recherche dans ce contexte ont été établies ces dernières années. Les industriels ont retenus une liste de propriétés exigées sur le quartz pour optimiser le bon déroulement de la carbo-réduction, à savoir, * Propriétés chimiques (ex: Al, Fe,Ti, B, P et Ca), * Dimension des grains de quartz (10 à 150 mm), * Comportement mécanique, * Comportement thermique. Les propriétés chimiques et les dimensions des grains du quartz s’avèrent les propriétés les plus importantes pour la fabrication du silicium. Le but principal dans ce travail consiste, dans un premier temps, à caractériser le quartz d’Edough en utilisant différentes techniques de caractérisation 'la spectrométrie à fluorescence X, la microscopie électronique à balayage, micro dureté Vickers, spectrométrie infra rouge, doseur de carbone et microscopie optique', et dans un deuxième temps, de le valoriser en tant que matière première ultra pure pour son application en électrométallurgie. Parmi les phases minérales qui se présentent dans ce type de quartz (filonien), on constate les éléments comme le fer, le magnésium, le manganèse, le titane, le calcium, le potassium et le carbone, ainsi que d’autres éléments en traces. On a pu relever plusieurs valeurs de micro dureté qui concordent avec l’échelle de Mohs spécifique pour les minerais, ainsi que plusieurs observations métallographiques ont été effectuées dans le but de visualiser l’aspect micrographique du quartz et de mettre en évidence la présence des inclusions dans ce dernier. A travers le spectre infrarouge on a pu mettre en évidence les différentes vibrations des liaisons du quartz. Les résultats obtenus à travers cette étude sont très satisfaisants et montrent que le quartz d’Edough possède une pureté élevée en silice 97-98 % SiO2. Cependant un enrichissement préalable est nécessaire pour une application ultérieure à la carbo-réduction.

Poro-viscoelastic materials are well modelled with Biot-Allard equations. This model needs a number of geometrical parameters in order to describe the macroscopic geometry of the material and elastic parameters in order to describe the elastic properties of the material skeleton. Several characterisation methods of viscoelastic parameters of porous materials are studied in this thesis. Firstly, quasistatic and resonant characterization methods are described and analyzed. Secondly, a new inverse dynamic characterization of the same modulus is developed. The latter involves a two layers metal-porous beam, which is excited at the center. The input mobility is measured. The set-up is simplified compared to previous methods. The parameters are obtained via an inversion procedure based on the minimisation of the cost function comparing the measured and calculated frequency response functions (FRF). The calculation is done with a general laminate model. A parametric study identifies the optimal beam dimensions for maximum sensitivity of the inversion model. The advantage of using a code which is not taking into account fluid-structure interactions is the low computation time. For most materials, the effect of this interaction on the elastic properties is negligible. Several materials are tested to demonstrate the performance of the method compared to the classical quasi-static approaches, and set its limitations and range of validity. Finally, conclusions about their utilisation are given.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017
Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017
L'alimentation électrique d'un appareil électronique sans fil est souvent effectuée via une pile électrique. Une solution alternative pour produire une alimentation en continue est de récupérer l'énergie provenant des vibrations d'une structure mécanique. Il a déjà été démontré que le récupérateur d'énergie vibratoire classique est efficace uniquement lorsque la source d'excitation vibratoire a un contenu fréquentiel à bande étroite. Les sources vibratoires étant souvent composées d'un large spectre fréquentiel, le récupérateur classique est alors peu performant. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer et d'évaluer une architecture de récupération d'énergie permettant de récupérer efficacement de l'énergie provenant d'une source vibratoire dont le contenu fréquentiel est déterministe ou aléatoire. Une revue de documentation scientifique permet d'abord de classifier et de hiérarchiser les différentes stratégies qui ont déjà été proposées pour récupérer de l'énergie à partir des sources vibratoires les plus courantes. Basée sur cette revue, une architecture composée de plusieurs récupérateurs piézoélectriques couplés via des impédances électriques est ensuite proposée. Afin de prédire la densité de puissance adimensionnelle de cette architecture, un modèle électromécanique de celle-ci est développé puis validé expérimentalement avec un prototype composé de deux récupérateurs. Ce modèle est ensuite introduit dans une procédure d'optimisation qui maximise un critère de performances basé sur le type de source vibratoire d'excitation, soit une source stationnaire ou non-stationnaire. Les résultats d'optimisation sont par la suite analysés sous forme d'études paramétriques. Pour différentes sources vibratoires, ces études établissent l'influence de chacun des paramètres composant l'architecture sur ses performances tout en développant un outil de conception de l'architecture proposée. La première partie de ces études considère le cas où l'architecture est excitée par une source vibratoire harmonique tandis que la seconde partie le fait pour une source aléatoire stationnaire et non-stationnaire. Finalement, des cas d'application sont présentés pour démontrer comment utiliser l'outil de conception. Bien que les résultats obtenus dans ces cas ne soient pas généraux, il y est démontré que l'utilisation de l'architecture proposée permet d'augmenter la densité de puissance ou de l'uniformiser sur un plus large spectre fréquentiel : comparativement au récupérateur classique, une architecture de deux récupérateurs permet un gain de performances de 51% pour une source vibratoire harmonique, de 184% pour une source de type passe-bas et de 212% pour une source non-stationnaire.
L'alimentation électrique d'un appareil électronique sans fil est souvent effectuée via une pile électrique. Une solution alternative pour produire une alimentation en continue est de récupérer l'énergie provenant des vibrations d'une structure mécanique. Il a déjà été démontré que le récupérateur d'énergie vibratoire classique est efficace uniquement lorsque la source d'excitation vibratoire a un contenu fréquentiel à bande étroite. Les sources vibratoires étant souvent composées d'un large spectre fréquentiel, le récupérateur classique est alors peu performant. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer et d'évaluer une architecture de récupération d'énergie permettant de récupérer efficacement de l'énergie provenant d'une source vibratoire dont le contenu fréquentiel est déterministe ou aléatoire. Une revue de documentation scientifique permet d'abord de classifier et de hiérarchiser les différentes stratégies qui ont déjà été proposées pour récupérer de l'énergie à partir des sources vibratoires les plus courantes. Basée sur cette revue, une architecture composée de plusieurs récupérateurs piézoélectriques couplés via des impédances électriques est ensuite proposée. Afin de prédire la densité de puissance adimensionnelle de cette architecture, un modèle électromécanique de celle-ci est développé puis validé expérimentalement avec un prototype composé de deux récupérateurs. Ce modèle est ensuite introduit dans une procédure d'optimisation qui maximise un critère de performances basé sur le type de source vibratoire d'excitation, soit une source stationnaire ou non-stationnaire. Les résultats d'optimisation sont par la suite analysés sous forme d'études paramétriques. Pour différentes sources vibratoires, ces études établissent l'influence de chacun des paramètres composant l'architecture sur ses performances tout en développant un outil de conception de l'architecture proposée. La première partie de ces études considère le cas où l'architecture est excitée par une source vibratoire harmonique tandis que la seconde partie le fait pour une source aléatoire stationnaire et non-stationnaire. Finalement, des cas d'application sont présentés pour démontrer comment utiliser l'outil de conception. Bien que les résultats obtenus dans ces cas ne soient pas généraux, il y est démontré que l'utilisation de l'architecture proposée permet d'augmenter la densité de puissance ou de l'uniformiser sur un plus large spectre fréquentiel : comparativement au récupérateur classique, une architecture de deux récupérateurs permet un gain de performances de 51% pour une source vibratoire harmonique, de 184% pour une source de type passe-bas et de 212% pour une source non-stationnaire.
The power supply of a wireless electronic device is often conducted via an electric battery. An alternative solution to produce a continuous supply is to harvest energy from the vibrations of a mechanical structure. It has already been shown that the classical vibration energy harvester is effective only when the vibration excitation source has a narrowband frequential content. Vibration sources are often composed of a broad frequency spectrum so the classic energy harvester is inefficient. The main objective of this thesis is to propose and evaluate an energy harvester architecture that would lead to efficient energy harvesting from a vibration source of any frequential content. A review of the scientific literature allows to classify and prioritize the different strategies that have previously been proposed to harvest energy from the most common vibration sources. Based on this review, a harvester architecture composed of several piezoelectric harvesters coupled via electric impedances is then proposed. To predict the dimensionless power density of this architecture, its electromechanical model is developed and experimentally validated with a two-harvester prototype. This model is then introduced into an optimization procedure that maximizes a performance criterion based on the type of vibration excitation source, which is either stationary or non-stationary. The optimization results are then analyzed as parametric studies. For various vibration sources, these analyses establish the influence of every architectural parameter on its performance while developing a design tool for the proposed architecture. The first part of these studies considers the case where the architecture is excited by a harmonic vibration source, while the second part deals with stationary and non-stationary random sources. Finally, case studies are presented to demonstrate how to use the design tool. Although the results obtained in these cases are not general, it is shown that the use of the proposed architecture increases the power density or uniformizes it on a broader frequency spectrum. Indeed, when compared to the conventional harvester, a two-harvester architecture enables a performance gain of 51% for a harmonic vibration source, 184% for a low-pass source and 212% for a non-stationary source.
The power supply of a wireless electronic device is often conducted via an electric battery. An alternative solution to produce a continuous supply is to harvest energy from the vibrations of a mechanical structure. It has already been shown that the classical vibration energy harvester is effective only when the vibration excitation source has a narrowband frequential content. Vibration sources are often composed of a broad frequency spectrum so the classic energy harvester is inefficient. The main objective of this thesis is to propose and evaluate an energy harvester architecture that would lead to efficient energy harvesting from a vibration source of any frequential content. A review of the scientific literature allows to classify and prioritize the different strategies that have previously been proposed to harvest energy from the most common vibration sources. Based on this review, a harvester architecture composed of several piezoelectric harvesters coupled via electric impedances is then proposed. To predict the dimensionless power density of this architecture, its electromechanical model is developed and experimentally validated with a two-harvester prototype. This model is then introduced into an optimization procedure that maximizes a performance criterion based on the type of vibration excitation source, which is either stationary or non-stationary. The optimization results are then analyzed as parametric studies. For various vibration sources, these analyses establish the influence of every architectural parameter on its performance while developing a design tool for the proposed architecture. The first part of these studies considers the case where the architecture is excited by a harmonic vibration source, while the second part deals with stationary and non-stationary random sources. Finally, case studies are presented to demonstrate how to use the design tool. Although the results obtained in these cases are not general, it is shown that the use of the proposed architecture increases the power density or uniformizes it on a broader frequency spectrum. Indeed, when compared to the conventional harvester, a two-harvester architecture enables a performance gain of 51% for a harmonic vibration source, 184% for a low-pass source and 212% for a non-stationary source.

The work of this thesis concerns to study of a particular technique related to the treatment of generated voltage by the piezoelectric elements. This nonlinear technique increases the effect of electromechanical conversion of piezoelectric materials considerably. This technique called Synchronized Switching Damping (SSD) has been developed in laboratory of electrical engineering and ferroelectricity of INSA-Lyon. The advantage of these techniques is that can be self-powered by using the converted electrical energy by piezoelectric elements. The presented work propose a new approach of control for the SSD techniques that allowing to increase of damping in the case of complex vibration such as random excitations. This new approach is the statistical approach on the sliding time window of the piezoelectric voltage or displacement of structure. Numerical as well as the experimental results have been presented for a cantilever beam. These results show the ability of the piezoelectric patches with passive shunting to damp out the structural vibration and also show that this new strategy of control is very efficient. The effect of the size of piezoelectric patches on the vibration damping and their damping sensibility to the variations of the excitation force parameters have been presented as well. Finally, it shows the effect of boundary conditions on the SSDI technique
Les travaux de cette thèse concernent l'étude d'une technique particulière se rapportant au traitement de la tension générée par les éléments piézoélectriques. Cette technique non linéaire augmente considérablement l'effet de la conversion électromécanique des matériaux piézoélectriques. Cette technique appelée synchronise switch damping (SSD) a été mis au point en laboratoire de génie électrique et férroélectricite de l'INSA-Lyon. L’un des avantages de ces techniques est la possibilité d’être autoalimenté par la conversion de l’énergie électrique par des éléments piézoélectriques. Le présent travail propose une nouvelle approche du contrôle pour les techniques SSD permettant l'augmentation de l'amortissement dans le cas de vibrations complexes tels que les excitations aléatoires. Cette nouvelle approche est l'approche statistique sur fenêtre glissante dans le temps par rapport à la tension piézo-électrique ou le déplacement de l'ouvrage. Les résultats numériques et expérimentaux ont été présentés pour une poutre encastrée libre. Ces résultats montrent l’efficacité de cette nouvelle stratégie de contrôle, avec la capacité des patchs piézoélectrique pour amortir les vibrations de la structure. L'effet de la taille des patchs piézo-électrique sur l’amortissement des vibrations et leur sensibilité aux variations de la force d'excitation sont aussi présentées. Enfin, il montre l'effet des conditions aux limites sur la technique SSDI

Methode experimentale de mesure des pressions parietales d'un rotor, a axe vertical, de type savonius en rotation. Les resultats obtenus ont ete utilises dans un modele de calcul afin de determiner les parametres mecaniques c::(m)et c::(p) de la machine. Determination des coefficients de trainee et de portance ainsi que du comportement vibratoire du rotor sous l'effet des forces aerodynamiques. Correlation du champ des pressions d'aube avec le systeme des emissions tourbillonnaires engendrees par l'eolienne en rotation. Etude de dispositifs de suspension de type "pilotis" destines a isoler, en vibration, un rotor savonius tripale

L'allègement des structures imposé par les réductions de coût se traduit par des structures de plus en plus souples qui les rendent de plus en plus sensibles aux vibrations. Le contrôle des vibrations devient donc un enjeu majeur dans de nombreuses applications industrielles et les limites des matériaux imposent maintenant un recours au contrôle actif de plus en plus fréquent. L'évolution des structures au cours du temps (viellisement, conditions aux limites, architecture, ...) pose le problème de la robustesse du contrôle. Par ailleurs, l'actionnement de plus en plus présent dans le domaine mécanique constitue à la fois une source supplémentaire de vibrations, mais aussi de contrôle et d'évolution d'architecture des structures. La thèse s'intéresse au contrôle actif autoadaptatif des vibrations permettant de maintenir automatiquement la performance et la stabilité des structures évolutives. Il s'agit donc de s'affranchir de la connaissance des causes et des informations sur les évolutions. La méthode proposée s'appuie sur un développement modal permettant de limiter le nombre de composants de contrôle et de cibler les modes à contrôler en limitant l'énergie de contrôle. Ainsi, il est nécessaire de reconstruire les caractéristiques du modèle modal indispensables pour réactualiser le contrôle en figeant seulement une structure de modèle. S'affranchissant à la fois des causes d'évolution de la structure et utilisant seulement une structure de modèle, la méthode est généralisable à toute application en mécanique des structures. La méthode proposée, basée sur l'utilisation d'un identificateur exploitant à la fois excitation et réponse de la structure, prend en compte les limites imposées par le contrôleur. Le modèle constitue le lien qui doit être établi entre identificateur et contrôle pour permettre la réactualisation. Par ailleurs, un compromis entre l'objectif d'atténuation des vibrations et les performances de l'identification est alors nécessaire du fait du couplage identification/contrôle apparaissant dans la boucle fermée. Ce compromis est également conditionné par le matériel utilisé. La méthode proposée est exploitée sur une structure discrète mettant en évidence une inversion de formes modales au cours de son évolution qui déstabilise un contrôle figé. Le choix opéré pour répondre aux différents compromis cités ci dessus a conduit à l'utilisation d'un contrôleur classique (LQG) et un identificateur basé sur la méthode des sous-espaces (N4SID). Cette application sur une structure simple a permis de caractériser un certain nombre de limites physiques : la bande passante, densité modale, vitesse d'évolution, Le contrôle modal autoadaptatif proposé s'avère robuste en performance et efficace lorsque la réactualisation est systématique. Une variante conditionnelle, toujours basée sur l'analyse de la réponse de la structure, est enfin proposée pour optimiser le processus de réactualisation afin de suivre plus efficacement les évolutions.

Les vibrations de flexion des structures minces sont étroitement liées au rayonnement sonore et à l'endommagement des structures. Ainsi, des méthodes de modélisation des vibrations et des techniques d'amortissement sont indispensables dans divers domaines scientifiques et techniques. La première partie de la thèse traite du développement d'un modèle des vibrations de flexion de plaques minces polygonales excitées ponctuellement, basé sur la méthode des sources image. Le modèle développé permet de prédire les vibrations d'une plaque et d'un assemblage de plaques dont la géométrie et les conditions aux limites sont arbitraires. La particularité de la méthode est que la précision des simulations s'améliore avec la fréquence et l'amortissement structural, ce qui est contraire à la méthode des éléments finis ou aux méthodes dites modales. Un outil de mesure du module d'Young et du facteur d'amortissement de panneaux fortement amortis est également proposé. La deuxième partie de la thèse traite de l'amortissement des vibrations par l'effet de ``trou noir acoustique''. La célérité des ondes de flexion dépend de l'épaisseur de la structure dans laquelle elles se propagent. Ainsi, une onde se propageant dans une plaque d'épaisseur décroissante ralentit et, dans certaines conditions, peut s'arrêter complètement. Un modèle est développé, permettant d'estimer les valeurs optimales des paramètres des matériaux utilisés afin de maximiser l'amortissement. Les résultats numériques, ainsi que des études expérimentales, montrent une réduction de niveau vibratoire atteignant 20 décibels
Flexural vibrations of thin structures are strongly related to sound radiation and structural damage, for which they deserve careful attention in many domains of science and engineering. Two aspects of crucial importance are the development of accurate tools for the prediction and analysis of vibrations and efficient vibration damping. In the first part of the thesis, a model of the flexural vibrations of thin convex polygonal plates based on the image source method is presented. The developed approach allows to predict the vibrations of individual plates and plate assemblies of arbitrary convex polygonal geometry and having arbitrary boundary conditions. The method is particularly suitable for mid- and high-frequency dynamics, in that its accuracy is improved with an increase in frequency or structural damping. A tool for estimating the Young's modulus and structural damping ratio of highly damped flat panels is also proposed. The second part of the thesis concerns vibration damping using the acoustic black hole effect. It is weel-known that a flexural wave travelling in a thin plate or beam slows down in a zone of decreasing thickness. Thus, if the thickness decreases sufficiently smoothly to zero, the wave stops travelling, without being reflected back. Such is the principle of the so-called acoustic black hole effect. A model of the flexural vibrations of such profile is proposed, allowing to determine optimal geometrical and material properties in order to maximise vibration damping. Simulated and measured responses show a reduction of vibration level up to 20 decibels

Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) sensors are used in an increasing range of applications such as inertial guidance or automotive safety systems, in which damping has a significant and negative effect on the device performances. Support loss, which governs the losses from the resonator to its foundation through the supporting structure, is an important source of damping in MEMS resonators. This thesis focuses on improving an understanding of this particular damping mechanism so that efficient models can be developed to predict the amount and relative importance of support loss at the design stage. The coupling between resonator and support is of principal interest to evaluate the interaction and energy transmission between them. To quantify the stresses acting on the support, a model that predicts vibration transmission through common MEMS structures is first developed. A general wave propagation approach for the vibration analysis of networks consisting of slender, straight and curved beam elements and complete ring is presented. The analysis is based on a ray tracing method and a procedure to predict the natural frequencies and mode shapes of complex ring/beam structures is demonstrated. An analytical method is then used to model the support, approximated to a semi-infinite domain, and quantify support losses. The work focuses mainly on in-plane vibrations for single-axis gyroscopes. However, new generation of multi-axis resonators is being currently developed, and the in-plane models are extended to cope with out-of-plane vibration transmission and support loss. To illustrate the effectiveness of the models, several numerical examples are presented, by applying them first to simple beam-like structures and subsequently to structures of increasing complexity. Strategies for improving the quality factor of common MEMS sensors, and specific ring-based resonators designs that minimise support losses, are also considered.

Malgré d’excellentes propriétés mécaniques dans le plan, les stratifiés présentent un problème propre aux matériaux réalisés par stratification : le délaminage.Ainsi, ce travail de thèse a pour objet d’analyser le comportement en statique, en fatigue et en vibration linéaire et non linéaire des matériaux composite en présence d’endommagement de type délaminage. Dans ce but nous avons, dans un premier temps mis en place un modèle analytique simplifié, permettant de décrire le comportement élastique en flexion du composite multicouche en fonction de la longueur du délaminage.Une étude expérimentale détaillée a été menée pour caractériser le comportement mécanique en statique et en fatigue de ces matériaux. Des essais ont été conduits en flexion 3-points sur des poutres de ces matériaux pour plusieurs longueurs de délaminage. Ensuite, le comportement en vibration de ces matériaux a été étudié dans le cas de la flexion de poutres. Nous nous sommes intéressés à l’identification de l’amortissement et des propriétés élastiques de ces matériaux et à leur évolution en fonction de la longueur du délaminage.L’étude expérimentale de la réponse en fréquence à une excitation forcée a permis de mesurer les fréquences propres et les amortissements de ces matériaux autour de chaque pic de résonance pour plusieurs longueurs de délaminage. Les résultats déduits de l’analyse expérimentale ont été comparés aux résultats obtenus à partir d’une analyse par éléments finis. Enfin, une méthode de vibration non linéaire a été appliquée pour caractériser le comportement des matériaux composites en présence de délaminage. Les paramètres non linéaires relatifs au décalage fréquentiel et à l’amortissement sont mesurés en faisant varier l’amplitude d’excitation. Cette étude a permis de montrer que les paramètres non linéaires sont plus sensibles au délaminage que les paramètres linéaires
The aim of this work is to investigate the effects of delamination lengths on the static, fatigue, linear and nonlinear vibration behaviour of composite materials. An analytical model is first presented using laminated beams theory of bending behavior. A study was conducted in static and cyclic fatigue loading with various debonding lengths. Flexural modulus in static tests was determined using the composite plate theory. The effects of delamination lengths on the stiffness, hysteresis loops and damping were studied for various numbers of cycles during fatigue tests. Then, modeling of the damping of a composite with delaminaton was established considering finite element analysis which evaluated the different energies dissipated in the material directions. The effects of delamination variable lengths on natural frequencies and damping were studied numerically and compared with experimental results. Finally, the nonlinear vibration method was used to characterize the behaviour of composite beams with delamination. The nonlinear parameters corresponding to the elastic modulus and damping were determined for each frequency mode and each debonding length. The results showed that nonlinear parameters were much more sensitive to damage than linear parameters

Sous l’action d’une excitation ultrasonore spécifique, les microbulles d’agents de contraste présentent des oscillations non linéaires. Considérant leur taille et la complexité du phénomène, des expériences et/ou des simulations complexes et onéreuses sont requises. Pour éviter cela, l’utilisation d’une analogie est proposée et validée numériquement. Lorsqu’elles sont soumises aux ultrasons, les microbulles (1-8 µm) présentent une dynamique assez riche et néanmoins complexe dont certains aspects peuvent être décrits par un réseau d’oscillateurs couplés non-linéaires. Dans cette thèse, nous proposons d’étudier le comportement oscillatoire d’une microbulle via un système acousto-mécanique de pendules couplés paramétriquement excités par une force verticale. Il s’agit de comprendre la dynamique d’une bulle unique pour l’étudier ensuite dans des conditions expérimentales et cliniques pour des applications en imagerie et en thérapie. Du point de vue théorique, nous avons montré que les deux systèmes sont décrits par une équation de Mathieu. D’un point de vue expérimental, nous avons développé la chaîne de pendules. Celle-ci consiste en un cercle d’aluminium sur lequel sont fixés des pendules à l’aide de fil de nylon. La chaîne de pendules repose sur le système d’excitation qui génère une excitation sinusoïdale variant de 1 Hz à 5 Hz. Les résultats obtenus (modes de vibration, oscillation sous-harmonique, oscillation radiale) ont été validés par une étude numérique et sont en accord avec les résultats obtenus pour les microbulles
Under specific ultrasound excitation, contrast microbubbles undergo nonlinear oscillations. Considering the size and the complexity of the phenomenon, expensive and complex experiments and/or simulations are required. To overcome this, the use of an analogy is proposed and validated numerically. When subjected to ultrasound, microbubbles present a fairly rich and complex dynamics of which some aspects can be described by a lattice of nonlinearly coupled oscillators. In this thesis, we propose to study the oscillatory behavior of a microbubble through an acousto-mechanical setup of coupled pendula parametrically excited by a vertical force. The aim of this work is to understand the dynamics of a single bubble, to subsequently study it in experimental and clinical conditions for both imaging and therapy. From the theoretical point of view, we have shown that both systems are described by a Mathieu type equation. From the experimental point of view, we have developped the pendula ring. It consists of an aluminum ring on which pendula are fixed with nylon strings. The pendula chain lies on the excitation system that generate a sinusoidal excitation ranging from 1 Hz to 5 Hz. Results obtained (vibration modes, subharmonic oscillations, radial mode) are in agreement with simulations and are similar to the results obtained for microbubbles

Les systèmes VHMS (Vibration Health Monitoring System) installés sur les hélicoptères ont un rôle stratégique pour augmenter la sécurité en vol des opérateurs et passagers. Ces systèmes consistent à enregistrer des données opérationnelles en vol, en particulier de nature vibratoire, et à surveiller l’intégrité des ensembles mécaniques par le biais d’indicateurs issus du traitement des signaux. Le principe de base se fonde sur le postulat que l’apparition d’un mode de défaillance engendre une évolution caractéristique des valeurs des indicateurs. Une limite rencontrée par les systèmes VHMS est cependant liée à la forte dépendance des indicateurs aux conditions de vol qui, pour les hélicoptères, sont susceptibles de varier rapidement et de manière complexe. Ces variations, aujourd’hui difficilement maîtrisées, peuvent masquer la signature d’une défaillance mécanique. Il en résulte donc une ambigüité sur l’interprétation de l’origine d’évolution observée des indicateurs. Dans ce manuscrit, des méthodes de normalisation sont développées permettant d’estimer des indicateurs vibratoires normalisés, c’est-à-dire insensibles aux conditions de vol. Dans un premier temps, une revue des méthodes de normalisation couramment utilisées dans la littérature est présentée. Dans un deuxième temps, un cadre statistique paramétrique modélisant les indicateurs vibratoires est proposé et repose sur des modélisations cyclostationnaires du signal vibratoire. Ce cadre paramétrique sera utilisé pour construire deux approches de normalisation des indicateurs vibratoires. La première basée sur le clustering-classification permettant de lier les phases de vol de l’hélicoptère à la statistique de l’indicateur vibratoire. Puis, une deuxième basée sur la régression de paramètres de distributions de quantile conditionnées sur les paramètres de vol expliquant la variabilité des indicateurs de santé. En parallèle, une étude de sensibilité permettant d’identifier ses paramètres de vol est menée
The VHMS (Vibration Health Monitoring System) installed on helicopters plays a strategic role in increasing the safety of operators and passengers during flight. These systems consist of recording operational data during flight, particularly vibration-related data, and monitoring the integrity of mechanical components through indicators derived from signal processing. The basic principle is based on the assumption that the appearance of a failure mode generates a characteristic evolution of indicator values. However, one limitation of VHMS systems is the strong dependence of indicators on flight conditions, which can vary rapidly and complex for helicopters. These variations, which are difficult to control, can mask the signature of a mechanical failure, resulting in ambiguity in interpreting the origin of the observed indicator evolution. In this manuscript, normalization methods are developed to estimate normalized vibration indicators, which are insensitive to flight conditions. First, a review of normalization methods commonly used in the literature is presented. Second, a parametric statistical framework modeling vibration indicators is proposed based on cyclostationary modeling of the vibration signal. This parametric framework will be used to construct two approaches to normalizing vibration indicators. The first approach is based on clustering-classification, linking the helicopter flight phases to the statistics of the vibration indicator. Then, a second approach is based on the regression of quantile distribution parameters conditioned on flight parameters that explain the variability of health indicators. In parallel, a sensitivity analysis is conducted to identify these flight parameters