Tesis sobre el tema "Balance des harmoniques"

Les architectures actuelles des motorisations hybrides ou électriques des véhicules automobiles incluent des transmissions par engrenages en sortie du moteur électrique, pour adapter la vitesse de rotation à celle des roues du véhicule. Ces engrenages sont la source de vibrations qui se propagent par voie solidienne jusqu'au carter du système, qui se retrouve être la sources acoustique du bruit rayonné. Ces bruits affectent le confort de l'utilisateur, notamment car ils ne sont pas masqués par le bruit du moteur électrique, très différent de celui d'un moteur thermique classique. La maîtrise de ces bruits est ainsi un enjeu majeur pour les constructeurs automobile actuels. Les sources de vibration dans les transmissions de puissance par engrenages sont nombreuses. On peut citer par exemple l'acyclisme du couple de sortie du moteur qui entraîne des fluctuations de la vitesse de rotation ou encore des phénomènes de variation périodique de la raideur d'engrènement sous couple, qui produisent une excitation vibratoire dite paramétrique, qui produit un bruit caractéristique de sirènement (whining noise en anglais). Dans ce contexte, plusieurs industriels se penchent actuellement sur la modélisation des vibrations dans les chaînes de transmission par engrenages, dans le but de prédire l'apparition des différents bruits et éventuellement d'ajuster la conception du système en conséquence. Le but de cette thèse est de mettre en place des modèles numériques afin de représenter le comportement vibratoire des systèmes d'engrenage. Dans ce contexte, plusieurs points ont été abordés: une étude paramétrique réalisée sur l'équation différentielle de l'interaction entre les engrenages permettant d'analyser et de prédire leur comportement dynamique. En parallèle, une méthode de calcul des vibrations dues à l'engrennement en utilisant la méthodes d'équilibrage des harmoniques (HBM) est proporséee. Enfin, une méthode de calcul d'un modèle réduit d'une boi te de transmission sous excitation de l'engrennement est présentée
The current architectures of hybrid or electric motorizations of motor vehicles include transmissions by gears at the electric motor's output to adapt the speed of rotation to that of the vehicle wheels. These gears are the source of vibrations that propagate through the solid state to the system housing, the acoustic source of radiated noise. These noises affect the user's comfort, mainly because they are not masked by the noise of the electric motor, which is very different from that of a conventional combustion engine. Therefore, controlling this noise is a significant challenge for today's car manufacturers. There are many sources of vibration in geared power transmissions. For example, the engine's output torque's acyclic nature leads to rotational speed fluctuations, and periodic variations in the meshing stiffness under torque produce a so-called parametric vibration excitation, which produces a characteristic whining noise. In this context, several manufacturers are currently studying the modeling of vibrations in gear transmission systems, intending to predict the appearance of the various noises and possibly adjust the system's design accordingly. This thesis aims to set up numerical models to represent the vibratory behavior of gear systems from the understanding of the interaction between mating gears, to the dynamic presentation of a complete gearbox. Several points have been addressed in this context: a parametric study is performed on the differential equation of the interaction between gears to analyze and predict their dynamic behavior. In parallel, a method for calculating the vibrations due to the meshing process using the harmonic balancing method (HBM) is proposed. Finally, a method for calculating a reduced gearbox model under gear excitation is presented

Cette étude porte sur la simulation dynamique de structures présentant des interfaces non linéaires et plus particulièrement sur le développement de diverses extensions à la méthode de balance harmonique. Cette méthode, qui permet le calcul de réponses vibratoires stationnaires, est basée sur l'approximation en série de Fourier tronquée de la réponse. En fonction de caractère plus ou moins non linéaire de la réponse, le nombre d'harmoniques à retenir pour approcher de façon satisfaisante la réponse peut être important et varier fortement sur l'ensemble de la plage de fréquence de simulation. Un des objectifs principaux de cette recherche a été de proposer une stratégie de calcul qui permette d'adapter le nombre d'harmoniques à chaque fréquence. Dans l'optique d'approcher le mouvement global de la structure, la méthodologie proposée se base sur le suivi de l'énergie de déformation du système en fonction de la richesse du contenu fréquentiel. La formulation développée reste simple à calculer et compatible avec les étapes de condensation interne à la méthode de balance harmonique. L'extension de cette technique au calcul de réponses quasi-stationnaires est en outre possible en redéfinissant les stratégies de choix des harmoniques à retenir. Parallèlement à ce but principal, la présence de variables internes dans les modèles non linéaires d'interface (modèle de frottement par exemple) a été prise en compte dans la formulation des équations de la balance harmonique adaptative. Ces méthodes spécifiques ont ensuite été mises en oeuvre sur des modèles numériques de structures aéronautiques. Un isolateur d'équipement utilisant un matériau viscoélastique non linéaire a ainsi pu être simulé. Ensuite, la méthode de balance harmonique adaptative a pu être appliquée à l'étude des effets dynamiques non linéaires observée sur les structures boulonnées. Enfin, le calcul de réponses quasi périodiques s'est effectué sur un tronçon de lanceur intégrant des amortisseurs à frottement sec.

Malgré les progrès faits dans les dernières décennies en CFD, les techniques RANS instationnaires pour les turbomachines multi-étages sont toujours très couteuses en temps de calcul, réduisant leur intérêt en conception industrielle. Grâce à une analyse de Fourier, les équations instationnaires de Navier-Stokes peuvent être considérées comme 2N+1 équations stationnaires couplées par un terme source. Cette approche calcule efficacement les écoulements instationnaires périodiques et montre de forts gains en terme de temps de calcul. Cependant, l'expression du terme source est algébrique, ce qui provoque des difficultés dans le calcul de l'inverse de la transformée de Fourier directe. Afin d'améliorer la robustesse et la précision de la méthode, une approche basée sur un échantillonnage temporel non-uniforme est adoptée. Pour réduire le domaine de calcul à un unique passage inter-aube des conditions aux limites de chrochronicité sont développées. Dans un premier temps, un rotor et un stator sont simules avec en une entrée du domaine de calcul une injection qui modélise le sillage de la roue directrice d'entrée. Ainsi, deux fréquences fondamentales sont vues par le rotor. L'influence du contenu fréquentiel dans le rotor (i.e. le nombre d'harmoniques de la fréquence de passage des roues et leurs combinaisons) est analysée. Les résultats sont valides contre ceux obtenus avec des simulations instationnaires classiques. Ensuite, la méthode est appliquée a deux compresseurs industriels, le compresseur transsonique ECL4 et le compresseur d'étude CREATE.

MOR (Model Order Reduction) est devenu un domaine très répondu dans la recherche grâce à l'intérêt qu'il peut apporter dans la réduction des systèmes, ce qui permet d'économiser du temps, de la mémoire et le coût de CPU pour les outils de CAO. Ce domaine contient principalement deux branches: linéaires et non linéaires. MOR linéaire est un domaine mature avec des techniques numériques bien établie et bien connus dans la domaine de la recherche, par contre le domaine non linéaire reste vague, et jusqu'à présent il n'a pas montré des bons résultats dans la simulation des circuits électriques. La recherche est toujours en cours dans ce domaine, en raison de l’intérêt qu'il peut fournir aux simulateurs contemporains, surtout avec la croissance des puces électroniques en termes de taille et de complexité, et les exigences industrielles vers l'intégration des systèmes sur la même puce.Une contribution significative, pour résoudre le problème de Harmonic Balance (Equilibrage Harmonique) en utilisant la technique MOR, a été proposé en 2002 par E. Gad et M. Nakhla. La technique a montré une réduction substantielle de la dimension du système, tout en préservant, en sortie, la précision de l'analyse en régime permanent. Cette méthode de MOR utilise la technique de projection par l'intermédiaire de Krylov, et il préserve la passivité du système. Cependant, il souffre de quelques limitations importantes dans la construction de la matrice “pre-conditioner“ qui permettrait de réduire le système. La limitation principale est la nécessité d'une factorisation explicite comme une suite numérique de l'équation des dispositifs non linéaires . cette limitation rend la technique difficile à appliquer dans les conditions générales d'un simulateur. Cette thèse examinera les aspects non linéaires du modèle de réduction pour les équations de bilan harmoniques, et il étudiera les solutions pour surmonter les limitations mentionnées ci-dessus, en particulier en utilisant des approches de dérivateur numériques
MOR recently became a well-known research field, due to the interest that it shows in reducing the system, which saves time, memory, and CPU cost for CAD tools. This field contains two branches, linear and nonlinear MOR, the linear MOR is a mature domain with well-established theory and numerical techniques. Meanwhile, nonlinear MOR domain is still stammering, and so far it didn’t show good and successful results in electrical circuit simulation. Some improvements however started to pop-up recently, and research is still going on this field because of the help that it can give to the contemporary simulators, especially with the growth of the electronic chips in terms of size and complexity due to industrial demands towards integrating systems on the same chip. A significant contribution in the MOR technique of HB solution has been proposed a decade ago by E. Gad and M. Nakhla. The technique has shown to provide a substantial system dimension reduction while preserving the precision of the output in steady state analysis. This MOR method uses the technique of projection via Krylov, and it preserves the passivity of the system. However, it suffers a number of important limitations in the construction of the pre-conditioner matrix which is ought to reduce the system. The main limitation is the necessity for explicit factorization as a power series of the equation of the nonlinear devices. This makes the technique difficult to apply in general purpose simulator conditions. This thesis will review the aspects of the nonlinear model order reduction technique for harmonic balance equations, and it will study solutions to overcome the above mentioned limitations, in particular using numerical differentiation approaches

Cette thèse s'intéresse au comportement dynamique des machines tournantes comportant des organes tels que des roulements dont le fonctionnement est décrit par des lois non linéaires. Le premier objectif de ces travaux de recherche est de mettre en oeuvre des méthodes d'analyse non linéaire afin de résoudre les équations du mouvement de tels systèmes tournants. Le second objectif consiste à effectuer des études expérimentales sur un rotor flexible et d'effectuer des corrélations avec les modèles numériques associés. La modélisation des parties linéaires du système tournante est faite par la méthode des éléments finis. Concernant les roulements, nous présentons trois modèles permettant de prendre en compte leurs non-linéarités intrinsèques telles que le jeu radial et le contact de Hertz. Nous nous intéressons alors plus particulièrement à une modélisation où la cinématique des éléments roulants est considérée. Le type de solution non-linéaire recherchée est le régime permanent
This thesis deals with the dynamic behavior of rotating machinery containing the parts whose behavior is described by non linear laws. The first goal of this research is to implement methods of non linear analysis in order to solve the equations of motion of the system. Secondly, experimental studies are made with a test rig and the results are used to update a numeric model. The rotor is represented by a finite element model. To model the bearings, three models with different levels of complexity are presented, and a model where the kinematics of the rolling elements is adopted. The type of motion of interest is the steady state vibration, and to obtain this kind of solution it is advisable to use a frequential method like the Harmonic Balance Method Alternating Frequency Time (HBM AFT). This method can be implemented with an exact condensation strategy to reduce the computational time. The HBM AFT method is validated by comparing with a direct integration of a non linear Jeffcott rotor

La mécanique des fluides numérique a permis d'optimiser de nombreux systèmes dont, notamment, les moteurs d'avions. Dans l'industrie aéronautique, les calculs numériques d'écoulements sont principalement limités à des approches stationnaires de par le coût prohibitif des simulations instationnaires. Néanmoins, les écoulements qui se développent dans les machines tournantes, à savoir les principaux composants d'un moteur d'avion, sont majoritairement périodiques en temps. En partant de cette hypothèse de périodicité temporelle, des approches dites spectrales en temps ont vus le jour il y a plus de quinze ans. Elles restent principalement limitées à des écoulements mono-fréquentiels, à savoir composés d'une seule fréquence de base et de ses harmoniques. Récemment, une méthode d'équilibrage harmonique multi-fréquentielle a été développée et implémentée dans le code de calcul elsA, élargissant le champ des applications possibles. En particulier, l'étude de l'aéroélasticité des machines tournantes multi-étagées devient alors envisageable.Cette thèse se propose d'appliquer la méthode d'équilibrage harmonique multi-fréquentielle pour étudier l'aéroélasticité d'une configuration nouvelle de moteur d'avion: les doublets d'hélices contra-rotatives. La méthode est tout d'abord validée analytiquement et numériquement sur des cas tests linéaires et non-linéaires avec succès. Deux problèmes sont soulevés pour l'utilisation d'une telle méthode sur des configurations aéroélastiques arbitraires: le conditionnement du terme source et la convergence de la méthode. Des approches originales ont été développées afin d'améliorer le conditionnement et de fournir une estimation a priori du nombre d'harmoniques nécessaire pour obtenir un certain niveau de convergence. La méthode d'équilibrage harmonique est ensuite validée sur un cas standard d'aéroélasticité des machines tournantes et montre des résultats très proches de ceux expérimentaux. L'applicabilité de la méthode est finalement démontrée pour la simulation de l'aéroélasticité des doublets d'hélices contra-rotatives
Computational Fluid Dynamics (CFD) has allowed the optimization of many configurations among which aircraft engines. In the aeronautical industry, CFD is mostly restricted to steady approaches due to the high computational cost of unsteady simulations. Nevertheless, the flow field across the rotating parts of aircraft engines, namely turbomachinery blades, is essentially periodic in time. Years ago, Fourier-based time methods have been developed to take advantage of this time periodicity. However, they are, for the most part, restricted to mono-frequential flow fields. This means that only a single base-frequency and its harmonics can be considered. Recently, a multi-frequential Fourier-based time method, namely the multi-frequential Harmonic Balance (HB), has been developed and implemented into the elsA CFD code, enabling new kinds of applications as, for instance, the aeroelasticity of multi-stage turbomachinery.The present PhD thesis aims at applying the HB approach to the aeroelasticity of a new type of aircraft engine: the contra-rotating open rotor. The method is first validated on analytical, linear and non-linear numerical test problems. Two issues are raised, which prevent the use of such an approach on arbitrary aeroelastic configurations: the conditioning of the multi-frequential HB source term and the convergence of the method. Original methodologies are developed to improve the condition number of the simulations and to provide a priori estimates of the number of harmonics required to achieve a given convergence level. The HB method is then validated on a standard configuration for turbomachinery aeroelasticity. The results are shown to be in fair agreement with the experimental data. The applicability of the method is finally demonstrated for aeroelastic simulations of contra-rotating open rotors

Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude tant du point de vue numérique que expérimental, du frottement en pied d'aube et de son impact sur la dynamique des roues aubagées. Le but affiché est de contribuer à une meilleurs prévention des risques de fatigue des aubages de turbomachines dus principalement aux inhomogénéités du flux aérodynamique
This PhD dissertation is devoted to the study of blade/disk attachments in turbomachinery with a particular emphasis on the impact of friction on the dynamic response of bladed disks. The problem was tackled both experimentally and numerically and the developed tools can be seen as a contribution to the prevention of high cycle fatigue failures due to the aerodynamic flow inhomogeneities

Ce travail porte sur le développent de modèle mathématique du processus d’identification de la fissure dans une aube de compresseur ou de turbine d’un moteur d’avion en fonctionnement. Dans le cadre de cette problématique, le modèle non-linaire d’aube fissurée a été développé et introduit dans la modèle globale de roue aubagée. La non-linéarité causée par la présence de fissure a été prise en considération par application des éléments d’analyse de contact conjointement avec la méthode de alance harmonique. Nous avons utilisé l’approche de sous-structuration pour la réduction de la taille du système. Cette approche se base sur la méthode à interface fixe en supposant que la fissure forme l’interface entre deux sus-structures dépendants. Elle a été appliquée aux modèles d’aube isolée et roue aubagée. L’effet de forces centrifuges a aussi été étudié en utilisant le modèle d’aube pas couplée. On peut déduire de cette étude qu’il suffit de simuler le comportement vibratoire d’une aube fissurée par l’approche linaire, mais cela dépend de la position et de la taille de la fissure. La formulation linéaire de comportement dynamique d’aube fissurée consiste à supposer que la fissure est toujours ouverte. L’effet de désaccordage a été examiné avec la simulation de réponse forcée de la roue aubagée contenant une aube fissurée. Les résultats de simulations montrent qu’un certain niveau de désaccordage peut cacher la réponse de l’aube fissurée. De plus, la capacité de détecter cette aube se dégrade avec l’absence de sa localisation dynamique fréquentielle. La dernière phase du travail a été consacrée à la simulation d’application de la méthode de tip-timing à l’identification d’aube fissurée. Elle se constitue de la génération du temps d’arrivé, la reconstruction d’amplitude de réponse en tète d’aube et le calcul de la réponse forcée du disque à partir des données mesurées (générées). Cela nous donne la possibilité d’identifier l’aube fissurée de manière analogue à l’analyse de la réponse forcée. On peut conclure qu’il sera possible d’utiliser la méthode de tip-timing comme une partie d’un système global de health monitoring de moteurs d’avion pour contrôler le comportement dynamique d’aubes de compresseur ou de turbine
The general aim of the study is to offer mathematical model of the process, which can allow crack identification in the compressor or turbine blade of aircraft gas-turbine engine in operation. Within the frameworks of this goal cracked blade non-linear dynamic model was elaborated and introduced to the global model of the bladed disk. Crack induced non-linearity was taken into account applying contact analysis elements in conjunction with harmonic balance method. For system size reduction the sub-structuring methodology using fixed-interface method was applied. It supposes the crack location to be considered as interface between two dependent, in this case, substructures. Such approach was applied to the both uncoupled cracked blade and bladed disk models. Also considering uncoupled cracked blade the centrifugal forces effect was examined. It was concluded, that depending on crack properties (location and size), it will be enough to use the linear crack presence formulation supposing crack to be always open (initial gap). During simulation of the bladed disk forced response containing cracked blade the effect of blade mistuning was simulated. Simulation results shown that at certain level of mistuning it becomes impossible to separate cracked blade response. Furthermore such crack detectability decreases with absence of cracked blade frequency localization. The last one phenomenon is very important diagnostic sign, which simplifies cracked blade detection at almost all cases. The last phase of the work was devoted to simulation of blade tip-timing method application for cracked blade identification. It consisted in blade arriving time generation, blade tip amplitudes reconstruction and bladed disk frequency response calculation on the base of measured (simulated) time data. Such approach allowed us to identify cracked blade in the same way as in frequency response analysis. Generally speaking, blade tip-timing method can be used as the part of engine health monitoring system for compressor or turbine blades dynamic performances monitoring

Cette thèse porte sur la modélisation des piles à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC), en vue de leur surveillance et de leur diagnostic par spectroscopie d'impédance. La première partie du document présente le principe de fonctionnement de ces piles, ainsi que l'état de l'art de la modélisation et des méthodes de surveillance et diagnostic. Le modèle physique multi échelle particulièrement détaillé publié en 2005 par A.A. Franco sert de point de départ. Il est simplifié de façon à aboutir à un système d'équations aux dérivées partielles en une unique dimension spatiale. L'objectif principal de la seconde partie est l'analyse harmonique du fonctionnement de la pile. En s'inspirant de travaux classiques sur l'analyse géométrique de réseaux de réactions électrochimiques, un modèle réduit compatible avec la thermodynamique est obtenu. Cette classe de systèmes dynamiques permet de déterminer, pour un tel réseau, une formule analytique de l'impédance de l'anode et de la cathode d'une pile PEMFC. Un modèle complet de la pile est obtenu en connectant ces éléments à des éléments représentant la membrane, les couches diffuses et les couches de diffusion des gaz. Les modèles précédents supposent la pile représentée par une cellule unique et homogène. Afin de permettre d'en décrire les hétérogénéités spatiales, nous proposons finalement un résultat de modélisation réduite d'un réseau de cellules représentées par leur impédance. Ce modèle approxime l'impédance globale du réseau par une "cellule moyenne", connectée à deux cellules "série" et "parallèle" représentatives d'écart par rapport à la moyenne.

Dans le cadre de la réduction des émissions polluantes et de la consommation des véhicules à moteur thermique, les constructeurs cherchent à diminuer la cylindrée et la vitesse de rotation des moteurs de chaines cinématiques. Ces évolutions conduisent, du fait du principe même du moteur à pistons, à une augmentation significative des irrégularités de rotation de celui-ci. Depuis quelques années, le système à pendule est apparu dans les groupes moto-propulseurs automobiles. Il agit à la manière d’un batteur, accordé sur l’ordre d’allumage du moteur thermique, et permet ainsi une réduction des vibrations. Cependant, les fortes non-linéarités intrinsèques aux pendules provoquent un désaccord du système à grande amplitude synonyme de perte de performances. Cette thèse a pour but d’améliorer la compréhension et le comportement du système en interaction avec la chaîne de traction automobile. En renfort des traditionnelles méthodes d’intégrations temporelles, le système non linéaire est résolu par la méthode asymptotique numérique couplée à la méthode de l’équilibrage harmonique. Une méthode originale de continuation d’antirésonance est également proposée ainsi que des règles de conception issues de développements analytiques. La validation par l’expérience montre une amélioration significative des performances du système
In the context of the reduction of polluting emissions and fuel consumption of thermal engines of vehicles, automotive manufacturers try to reduce cylinder capacity and engine speed of rotation. These evolutions lead to significant increase of irregularities of rotation. The so-called centrifugal pendulum vibration absorber is a recent solution of mitigation of torsional vibrations in automotive powertrains. It acts as a mass damper tuned on the firing order of the engine and allows reduction of vibrations. However, strong non-linearities intrinsic to pendular systems cause a detuning of the device at large amplitude of motion resulting in a loss of performances. This thesis aims to improve the understanding and the behavior of the system in interaction with an automotive driveline. In support of classic time integration procedures, the nonlinear system is solved through the asymptotic numerical method coupled to the harmonic balance method. In addition, an original continuation of antiresonance method is proposed as well as some design rules derived from analytical developments. Experimental validation shows a significant enhancement of performances of the system

La thèse a été réalisée dans le cadre d'une collaboration entre le LTDS et la société ESI-Software. Le but est de développer une nouvelle méthode directe destinée à la modélisation du couplage physique fort entre les problèmes magnétodynamique et thermo-metallurgique dans une simulation numérique d'un procédé de traitement thermique superficiel par induction. Habituellement, la méthode indirecte classique est utilisée pour résoudre de tels problèmes couplés. Nous avons proposé d'utiliser une nouvelle méthode directe lorsque le courant source est sinusoi͏̈dal. Pour ce faire, les problèmes non-linéaires magnétodynamique et thermo-metallurgique sont résolus ensemble dans le même élément fini et la résolution du problème magnétodynamique repose sur une formulation éléments finis de balance harmonique (ou multi-harmonique). Les contraintes et déformations mécaniques résiduelles à la fin du traitement peuvent ensuite être calculées à partir des distributions de température et de phase
This work has been done in collaboration between the LTDS and the ESI-Software company. The aim is to develop a new direct method for the modelling of the strong physical coupling between magnetodynamic and thermo-metallurgical problems in order to numerically simulate induction hardening process. Usually, the classical indirect method is used to solve such coupled problems. We have proposed to use a new direct method as far as the source current is sinusoidal. Thus, non-linear magnetodynamic and thermal problems are solved together in the same finite element and the resolution of the magnetodynamic problem rests on the harmonic balance (or multi-harmonic) finite element formulation (HBFEM). Residual mechanical stresses and strains at the end of the treatment can be therefore calculated from the temperature and phase distributions

Ce travail de thèse a permis de décrire, pour la première fois à notre connaissance, une comparaison des performances Pulse à Pulse (P2P) d'un HEMTAlGaN/GaN obtenue, expérimentalement d'une part grâce à un système de caractérisation entièrement étalonné et d'autre part, grâce à une simulation Harmonic Balance (HB) 2tons d'un modèle fonderie du transistor. Les mesures et les simulations HB permettent l'extraction simultanée et cohérente, d'une part, des enveloppes complexes des tensions et courants hyperfréquences (RF) et, d'autre part, du courant de drain Basse Fréquence (BF) généré par les non-linéarités des composants mesurés ou de leurs modèles électrothermiques simulés. Les enveloppes complexes de tension et de courant aux deux ports des dispositifs sous test (DST) et de la tension et du courant (BF) de drain ont été simultanément mesurées/simulées avec une rafale radar irrégulière périodique composée d'impulsions transitoires ultra courtes et en utilisant les mêmes rafales radar dont, la largeur d’impulsion t et les temps de montée/descente ont été modifiés. L’originalité majeure de ce travail réside dans le fait que les formes d'onde RF générées dans le domaine temporel utilisées par les sources du banc de test ou celles des simulation sont été corrigées pour réduire considérablement les phénomènes de Gibbs.Les facteurs de Lanczos/Fejér ont été implémentés dans des simulateurs. En revanche, à notre connaissance, c'est la première fois qu'ils sont directement utilisés pour générer un signal utile dans un système de caractérisation micro-ondes et dans une simulation HB 2tons
This work describes, for the first time to our knowledge, a comparison of Pulse to Pulse (P2P) stabilities of an AlGaN/GaN HEMT experimentally extracted thanks to an on-wafer fully calibrated characterization system and on the other hand, from a Harmonic Balance (HB) two-tone simulation of a foundry-based model of the transistor. For the first time, Lanczos and Fejér factors are experimentally implemented in the time-domain characterization system in order to reduce the Gibbs phenomen on effects and to perform causal measurements.Thanks to these two tools, the complex envelopes of the microwave (RF) voltages and currents and the Low-Frequency (LF) drain current have been measured/simulated. The complex RF voltage/current envelopes at both ports of the DUT and the LF drain voltage/current have been simultaneously measured/simulated using a periodic irregular radar burst.The P2P stability criterion has been calculated, in this work, using two mathematical expressions (RMS/ET).These two methods are based on the use of the amplitude/phase or the real/imaginary of the measured/simulated (HB 2tone) complex envelopes of the RF output voltage. Ultra-short transient pulses(13ns) have been used. Simulation preliminary results are processing. They will constitute a solid preparation for the future work

Les ensembles turbo-alternateurs des centrales électriques sont de grandes machines tournantes de plus de 50 mètres de long et de plusieurs centaines de tonnes. Lors du fonctionnement normal d'une telle machine, une probabilité non nulle existe d'un détachement accidentel d'une aube. Dans une telle situation, un balourd important est généré et du contact apparaît entre les parties tournantes et non tournantes de la machine. Il est alors capital de pouvoir simuler efficacement la dynamique de ce type d'évènement faisant intervenir de fortes non linéarités dans le système. Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet ANR (Agence Nationale de la Recherche) IRINA (SImulation et maîtRise des rIsques en coNception des mAchines tournantes) et en particulier entre le LaMCoS (LAboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures) de l'INSA de Lyon et le département AMA (Analyses Mécaniques et Acoustiques) d'EDF R et D à Clamart. Elle a pour objectif de mettre au point une technique rapide de simulation du comportement des lignes d'arbres de machines tournantes en cas de présence de non linéarité de type contact entre rotor et stator. Pour atteindre cet objectif, une double démarche a été mise en place. La première consiste à mettre au point des modèles simplifiés afin de réduire le nombre de degrés de liberté du problème. De surcroît, une technique de réduction de modèle adaptée au cas de non linéarité localisée est utilisée afin de réduire encore plus la taille du système à résoudre. La seconde démarche consiste à mettre au point une technique de résolution rapide du système réduit afin d'obtenir la solution encore plus rapidement. Pour cela, au lieu d'utiliser les traditionnelles techniques d'intégration temporelle directe, c'est la méthode de la balance harmonique qui est mise à profit. Cette technique permet d'obtenir directement la réponse stabilisée du système grâce à une résolution des équations dans le domaine fréquentiel. Dans ce cadre, une maquette numérique a été mise au point mettant en oeuvre les fonctionnalités citées. Cette dernière permet de reproduire les phénomènes physiques périodiques ainsi que quasi-périodiques et de déterminer leur stabilité. Des études paramétriques sur des exemples de problèmes de contact rotor-stator viennent illustrer cette démarche. Enfin, une application sur un cas industriel de groupe turbo alternateur EDF est présentée.

L'étude par continuation des solutions périodiques et quasi-périodiques est appliquée à plusieurs modèles issus du violon. La continuation pour un modèle à un degré de liberté avec friction régularisée permet de montrer la préservation, par rapport à la friction de Coulomb, des bifurcations de cycle limite (une vitesse maximale et une force minimale permettant le mouvement de Helmholtz) et de propriétés globales de la branche de solution (croissance de l'amplitude avec la vitesse, décroissance de la fréquence avec la force normale). L'équilibrage harmonique est évalué sur la friction régularisée et a des propriétés de convergence intéressantes (erreur faible, monotone, à décroissance rapide). La continuation sur un modèle à deux modes donne accès aux solutions de registres supérieurs, dont la stabilité coïncide avec l'expérience. La valeur retenue pour l'inharmonicité peut modifier fortement le diagramme de bifurcation. Une nouvelle méthode de continuation des solutions quasi-périodiques est proposée. Elle associe l'EH étendu à deux pulsations avec la Méthode Asymptotique Numérique. Une attention particulière est portée à la rapidité des calculs, face à la croissance rapide de la taille des systèmes à inverser. Un modèle de friction prenant en compte la température au point de contact est reformulé à l'aide d'une dérivée fractionnaire. Nous proposons une méthode de continuation de solutions périodiques de systèmes contenant des dérivées ou intégrales fractionnaires. Nous établissons une condition suffisante pour que les cycles asymptotiques du cadre causal (Caputo) soient solutions du cadre que nous avons choisi
The continuation of periodic and quasi-periodic solutions is performed on several models derived from the violin. The continuation for a one degree-of-freedom model with a regularized friction shows, compared with Coulomb friction, the persistence of limit cycle bifurcations (a maximum bow speed and a minimum normal force allowing Helmholtz motion) and of global properties of the solution branch (increase of amplitude with respect to the bow speed, decrease of frequency with respect to the normal force). The Harmonic Balance Method is assessed on this regularized friction system and shows interesting convergence properties (the error is low, monotone and rapidly decreasing). For two modes the continuation shows higher register solutions with a plausible stability. A stronger inharmonicity can greatly modify the bifurcation diagram. A new method is proposed for the continuation of quasi-periodic solutions. It couples a two-pulsations HBM with the Asymptotic Numerical Method. We have taken great care to deal efficiently with large systems of unknowns. A model of friction that takes into account temperature of the contact zone is reformulated with a fractional derivative. We then propose a method of continuation of periodic solutions for differential systems that contain fractional operators. Their definition is usually restricted to causal solutions, which prevents the existence of periodic solutions. Having chosen a specific definition of fractional operators to avoid this issue we establish a sufficient condition on asymptotically attractive cycles in the causal framework to be solutions of our framework

Ces travaux de thèse portent sur l'étude expérimentale et numérique de structures mécaniques non-linéaires soumises à des vibrations sinusoïdales et aléatoires. L'étude prend en compte l'existence d'incertitudes au sein du protocole expérimentale et de la modélisation. Les études expérimentales menées au CEA/CESTA montrent que la réponse des structures assemblées à des sollicitations vibratoires est fortement dépendante du niveau d'excitation d'une part, et que la réponse obtenue possède une variabilité, parfois importante. Ces résultats expérimentaux ne peuvent pas être reproduits en simulation avec la méthode de simulation vibratoire linéaire déterministe classique.L'objectif de ces travaux est de proposer et de mettre en place des méthodes numériques pour étudier ces réponses non-linéaires, et de quantifier et propager les incertitudes pertinentes au sein des calculs. Cet objectif passe par l'étude de maquettes d'essai de complexité croissante et sujettes aux mêmes phénomènes vibratoires que les objets d'étude industriels du CEA/CESTA. Les méthodes de simulation vibratoire non-linéaires et les techniques numériques développées dans le monde académique sont adaptées et utilisées dans le contexte industriel du CEA/CESTA.Le premier objet d'étude est une poutre métallique bi-encastrée, dont la non-linéarité est d'origine géométrique. Le modèle associé à cette poutre est un oscillateur de Duffing à un degré de liberté très détaillé dans la littérature scientifique, et qui permet de valider les développements numériques effectués, sur les aspects de l'excitation aléatoire et de la propagation d'incertitudes. Dans un premier temps, les méthodes de tir et d'équilibrage harmonique sont étendues au cas de l'excitation aléatoire et validées sur cette structure académique par comparaison à l'expérience. Dans un second temps, une méthode de propagation d'incertitude non-intrusive est implémentée pour prendre en compte les incertitudes de modélisation identifiées.Le second objet d'étude est une maquette comportant un plot élastomère reliant une masselotte à un bâti. Le comportement non-linéaire de l'élastomère est au c\oe ur de ces travaux de thèse. De nombreux essais vibratoires sont réalisés dans un premier temps pour identifier un modèle non-linéaire de l'élastomère juste suffisant. Dans un second temps, le modèle développé est validé par comparaison aux essais en utilisant et adaptant les méthodes étendues lors de l'étude de la poutre bi-encastrée.Enfin, une maquette d'étude se rapprochant d'un cas d'application industriel est étudiée : la maquette Harmonie-Gamma. Elle compte des interfaces frottantes et des liaisons élastomères. Les essais vibratoires réalisés permettent d'identifier le comportement dynamique linéaire et non-linéaire du système et d'étudier l'évolution de la réponse en fonction du niveau d'excitation. Un modèle numérique est réalisé par éléments finis puis réduit par une méthode de sous-structuration. Les relations non-linéaires sont introduites au niveau des liaisons frottantes et élastomères. La réponse vibratoire de la structure est simulée par la méthode d'équilibrage harmonique couplée à un algorithme de continuation. Les comparaisons essais / calculs sont menées pour les excitations de type sinus balayé et aléatoire, et permettent d'analyser l'apport de chaque non-linéarité dans la réponse de la structure
This PhD work focuses on the experimental and numerical study of nonlinear structures subjected to both harmonic and random vibrations, in the presence of modeling and experimental uncertainties. Experimental studies undertaken at the CEA / CESTA show a strong dependence of the jointed structures towards the excitation level, as well as a variability in the response for a given excitation level. These experimental results cannot be simulated using the classical determinist linear vibration simulation method.The objective of this work is to propose and set up numerical methods to study these nonlinear responses, while quantifying and propagating the relevant uncertainties in the simulations. This objective involves the study of structural assemblies of increasing complexity and subjected to the same vibratory phenomena as CEA / CESTA industrial structures. Advanced nonlinear numerical methods developed in academia are applied in the CEA / CESTA industrial context.The first test structure is a clamped-clamped steel beam that has a geometrical nonlinearity. The beam is modeled by a Duffing oscillator which is a widely studied model in the field of nonlinear dynamics. This allows for a validation of the numerical developments proposed in this work, first on the issue of random vibrations, and second on the issue of the propagation of uncertainties. The simulations are based on two techniques of reference (shooting method and harmonic balance method). Firstly, the simulation results are validated by comparison with the experimental results for random vibrations. Secondly, the harmonic balance method is used in adequation with a non-intrusive polynomial chaos in order to take into accounts the modeling uncertainties.The second test structure is a mass linked to a solid casing via a vibration-absorbing elastomeric material of biconical shape surrounded by a cage of aluminum. The nonlinear behavior of the elastomer is at the heart of this work. Various vibration tests were performed on this structure in order to identify the simplest nonlinear model possible to answer our queries. The identified model is validated through comparisons between the simulation results and the experimental results for both sine-swept and random vibrations.The central assembly of this work is an industrial assembly with friction joints and vibration-absorbing elastomeric joints, named Harmonie-Gamma. The vibration tests performed exhibit resonance modes as well as a strong dependency of the response with the excitation level. A numerical finite element model is developed and reduced with a substructuration technique. The resulting nonlinear reduced model is simulated using an harmonic balance method with a continuation method. The simulated responses are compared with the experiments and allow for an analysis of coupled nonlinearities in the CEA / CESTA industrial context

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

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au comportement vibratoire d’un véhicule soumis à une excitation moteur dans deux plages de régimes différentes : basses fréquences (0 – 50 Hz) et moyennes fréquences (200 – 800 Hz). Le but était de fournir des méthodologies numériques permettant de prendre en compte les phénomènes de couplage vibratoires existant entre les différents sous-systèmes constitutifs d’une caisse automobile.En basses fréquences, nous avons adopté une approche globale où chaque sous-système a été caractérisé séparément. Tout d’abord, le comportement de la caisse a été caractérisé expérimentalement et numériquement par une méthode jusqu’alors réservée au domaine aéronautique dite d’appropriation modale. Les résultats numériques ont alors été confrontés aux résultats expérimentaux. Par ailleurs, le comportement non-linéaire en amplitude et en fréquence des pièces de filtration moteur (SMO) a été déterminé sur banc de mesure. Un fort comportement non-linéaire a pu être constaté et ces caractérisations ont été exploitées en construisant des nappes raideur-fréquence-amplitude. Dans un second temps, des méthodes numériques permettant de réaliser l’assemblage non - linéaire de la caisse et du groupe moto – propulseur (GMP) via les pièces de filtration non linéaires ont été mises en place. Pour ce faire, nous avons développé une méthode dite de Balance Harmonique (HBM) qui permet de prédire la dynamique non-linéaire de systèmes complexes. Afin d’appliquer cette méthode à une structure industrielle, nous avons utilisé une méthode de condensation sur les degrés de liberté non-linéaires, technique bien adaptée aux cas de structures linéaires reliées localement par des éléments de liaison non-linéaires. Cette méthode a tout d’abord été validée sur un périmètre restreint comprenant un GMP relié à un bâti rigide par ses pièces de filtration. A cette occasion, des phénomènes non-linéaires importants ont été constatés expérimentalement. Un modèle numérique de GMP a été construit et l’utilisation de la méthode HBM a permis de retrouver ces constats. Enfin, après avoir réalisé l’assemblage non-linéaire des trois sous-systèmes GMP - SMO - Caisse, la structure a été excitée de plusieurs manières différentes : appropriation numérique non-linéaire et excitation réelle d’un GMP. En moyennes fréquences, nous avons présenté dans ce mémoire une étude importante pour le groupe Renault concernant la caractérisation des pièces de filtration en moyennes fréquences. Au cours de la thèse, une méthodologie numérique basée sur la méthode FBS permettant de déconfiner (ou découpler) une suspension moteur initialement reliée à un banc de mesure a été proposée. La faisabilité numérique du déconfinement a ainsi été démontrée. Cette méthode permet donc, en dépit de phénomènes de couplage avec le banc de mesure, d’obtenir le comportement vibratoire intrinsèque de la pièce
In this thesis we studied the vibratory behaviour of a whole vehicle under engine excitation at low frequencies (0 – 50 Hz) and medium frequencies (200 – 800 Hz). The aim of the thesis was to provide numerical methodologies to take into account coupling effects between all the sub-systems constituting a whole car. In low frequencies, we used a global approach where each subsystem was characterized separately before coupling. First the car body was characterised both experimentally and numerically using a modal appropriation method that is commonly used in the aeronautic field. Numerical shapes of the modes were correlated to experimental shapes. In addition, the amplitude and frequency non linear behaviour of the engine mounts was measured on a test bench. A strong non linear behaviour was observed and stiffness – frequency – amplitude layers were constructed based on those data.Secondly, numerical methods were developed in order to calculate the coupled non linear response between the engine, the engine mounts and the car body. We used a harmonic balance method that allows calculating the non linear dynamics of complex mechanical systems. In order to apply this method to large industrial finite element models, a condensation method on non linear degrees of freedom was developed. This technique is well adapted to problems of linear structures linked together with localnon linear joints. This method was validated on the isolated engine linked to a bench by the engine mounts. Strong non linear phenomena on the rigid body modes of the engine were observed experimentally.A numerical model of the engine was developed and the HBM method allowed reproducing these non linear phenomena. Eventually, the non linear model of the whole vehicle was coupled and excited by different efforts. First we calculated the response of the assembly using the appropriation method. Then, the structure was excited by a real four – cylinder engine excitation.In medium frequencies, we presented an important study for the group Renault concerning the stiffness measurement of the engine mounts. A numerical methodology based on the FRF Based Substructuring(FBS) method was developed. This method was applied to uncouple an engine mount initially coupled to a test bench. The numerical feasibility of the method was proved and allowed to get the own vibratory behaviour of the engine mount despite coupling phenomena with the test bench

La taille, la complexité et les performances des circuits électroniques de télécommunication sont de plus en plus contraignantes tandis que le temps et le coût de commercialisation doivent être réduits au maximum. Voulant répondre au vide existant sur le marché de la CAO dans ce domaine, ce travail est consacré à la simulation mixte de systèmes de communication complets parcourus par des signaux numériques, des signaux analogiques basse-fréquence, des signaux quasi-périodiques et des signaux RF à modulation digitale complexe. Le premier chapitre du manuscrit présente les différents types de circuits et de signaux que l'on veut simuler. La deuxième partie décrit d'abord les principales méthodes de simulation RF existantes. On développe ensuite les innovations apportées à la méthode de l'Equilibrage Harmonique, basée sur une utilisation efficace du spectre, et enfin celles apportées à l'algorithme de l'Enveloppe. Le troisième chapitre propose une nouvelle méthodologie pour simuler des circuits complets RF/Analogiques/Numériques dans le cadre de l'algorithme de l'Enveloppe : couplage avec un simulateur numérique, prise en compte de modèles comportementaux et partition analogique/RF des circuits. Enfin, la dernière partie illustre les potentialités de cette nouvelle technique d'analyse sur quelques circuits typiques. Pour la première fois, des systèmes complexes mixtes, décrits aux niveaux logique, transistor et comportemental, peuvent être simulés dans un seul flot et dans des temps raisonnables.

Le travail de cette thèse a été réalisé dans le cadre d'une collaboration entre EDF R&D et le LMA de Marseille (CNRS). Le but était de développer des outils théoriques et numériques pour le calcul de modes non-linéaires de structures industrielles possédant des non-linéarités localisées à jeu. La méthode de calcul utilisée est une combinaison de la méthode d'équilibrage harmonique (EH) et de la méthode asymptotique numérique (MAN), appelée EHMAN. Elle est réputée pour sa robustesse sur les problèmes réguliers. L'enjeu de ce travail de thèse est de l'appliquer sur des problèmes non-réguliers régularisés de type butée à jeu pour lequel un grand nombre d'harmonique est nécessaire. Des améliorations ont été apportées à la méthode de base pour rendre effectif le traitement de modèles à "grand" nombre de degrés de liberté (DDL). Les développements réalisés pendant la thèse ont été capitalisés par la création de nouveaux opérateurs dans Code_Aster.Une étude approfondie d'un système à 2 degrés de liberté a permis de faire émerger quelques caractéristiques des systèmes non-linéaires à jeu. Celles-ci ont servi entre autre à établir une méthodologie pour l'étude de systèmes à grand nombre de DDL. Pour finir, la potentialité des modes non-linéaires comme outil de diagnostic vibratoire est démontrée avec l'étude d'un tube cintré de générateur de vapeur. Le calcul des modes non-linéaires a monté l'existence d'une interaction entre un mode hors-plan (basse fréquence) et un mode plan (haute fréquence) expliquant des régimes vibratoires non-standards. Ce résultat, impossible à obtenir avec les outils de l'analyse modale linéaire, est confirmé expérimentalement
This work is a collaboration between EDF R&D and the Laboratory of Mechanics and Acoustics. The objective is to develop theoretical and numerical tools to compute nonlinear normal modes (NNMs) of structures with localized nonlinearities.We use an approach combining the harmonic balance and the asymptotic numerical methods, known for its robustness principally for smooth systems. Regularization techniques are used to apply this approach for the study of nonsmooth problems. Moreover, several aspects of the method are improved to allow the computation of NNMs for systems with a high number of degrees of freedom (DOF). Finally, the method is implemented in Code_Aster, an open-source finite element solver developed by EDF R&D.The nonlinear normal modes of a two degrees-of-freedom system are studied and some original characteristics are observed. These observations are then used to develop a methodology for the study of systems with a high number of DOFs. The developed method is finally used to compute the NNMs for a model U-tube of a nuclear plant steam generator. The analysis of the NNMs reveals the presence of an interaction between an out-of-plane (low frequency) and an in-plane (high frequency) modes, a result also confirmed by the experiment. This modal interaction is not possible using linear modal analysis and confirms the interest of NNMs as a diagnostic tool in structural dynamics

L'instabilité de flottement a été le sujet de nombreuses études depuis le milieu du vingtième siècle à cause de ses applications critiques en aéronautique. Elle est classiquement décrite comme un instabilité linéaire en écoulement potentiel, mais les effets visqueux et nonlinéaires du fluide peuvent avoir un impact crucial.La première partie de cette thèse est consacrée au développement de méthodes théoriques et numériques pour l'analyse linéaire et nonlinéaire de la dynamique d'une ``section typique aéroélastique'' --- une plaque montée sur des ressorts de flexion et torsion --- plongée dans un écoulement laminaire bidimensionnel modélisé par les équations de Navier--Stokes incompressibles.D'abord, on développe une analyse faiblement nonlinéaire pour étudier le régime basse amplitude, puis, une approche d'équilibrage harmonique, connue comme la Méthode Spectrale en Temps (TSM), de façon à capturer des solutions de flottement plus fortement nonlinéaires. Le défi de la résolution numérique des équations TSM est relevé grâce au développement d'une approche parallèle en temps de type Newton--Krylov, combinée à un préconditionneur spécialement développé, dit ``bloc-circulant''.La seconde partie de la thèse est dédiée à l'étude physique de la bifurcation de flottement. On commence par revisiter le problème de stabilité linéaire en mettant en lumière, en particulier, les effets de viscosité.On poursuit avec l'étude des effets nonlinéaires fluides: les structures légères et les hauts nombres de Reynolds favorisent des bifurcations sous-critiques.On achève cette partie en étudiant l'apparition de modulations de basse fréquence sur des solutions périodiques de flottement. On explique ce comportement par une instabilité linéaire (Floquet) de cycle limite.La dernière partie de la thèse vise à initier l'extension des différentes méthodes évoquées précédemment pour le cas de configurations tridimensionnelles à grande échelle. En guise de premier pas vers cet objectif à long terme, on développe un outil open-source massivement parallèle capable de réaliser l'analyse de stabilité linéaire hydrodynamique (structure figée) d'écoulements tridimensionnels possédant plusieurs dizaines de millions de degrés de liberté
The flutter instability has been the focus of numerous works since the middle of the twentieth century, due to its critical application in aeronautics. Flutter is classically described as a linear instability using potential flow models, but viscous and nonlinear fluid effects may both crucially impact this aeroelastic phenomenon.The first part of this thesis is devoted to the development of theoretical and numerical methods for analyzing the linear and nonlinear dynamics of a ``typical aeroelastic section'' --- a heaving and pitching spring-mounted plate --- immersed in a two-dimensional laminar flow modeled by the incompressible Navier--Stokes equations.First, we develop a semi-analytical weakly nonlinear analysis to efficiently study the small amplitude regime. Second, we develop a harmonic balance-type method, known as the Time Spectral Method (TSM), in order to tackle highly-nonlinear periodic flutter solutions. The challenging task of solving the TSM equations is tackled via a time-parallel Newton--Krylov approach in combination with a new, so-called block-circulant preconditioner.The second part of the thesis focuses on the physical investigation of the flutter bifurcation. We start by revisiting the linear stability problem using a Navier--Stokes fluid model allowing to highlight, in particular, the effect of viscosity.We continue our route on the flutter bifurcation by investigating the effect of fluid nonlinearities: low solid-to-fluid mass ratios and increasing Reynolds numbers foster subcritical bifurcations.We conclude our study by investigating the appearance of low-frequency amplitude modulations on top of a previously established periodic flutter solution. We explain this behavior by a (Floquet) linear instability of periodic solutions.The last part of the thesis aims at initiating the extension of the different methods previously evoked to large-scale three-dimensional configurations. As a first step towards this long-term goal, we develop an open-source massively parallel tool, able to perform hydrodynamic (the structure is fixed) linear stability analysis of three-dimensional flows possessing several tens of millions of degrees of freedom

Ces travaux s'articulent autour du calcul des solutions périodiques dans les systèmes dynamiques non linéaires, au moyen de méthodes numériques de continuation. La recherche de solutions périodiques se traduit par un problème avec conditions aux limites périodiques, pour lequel nous avons implémenté deux méthodes d'approximation : - Une méthode spectrale dans le domaine fréquentiel : l'équilibrage harmonique d'ordre élevé, qui repose sur une formulation quadratique des équations. Nous proposons en outre une formulation originale permettant d'étendre cette méthode aux cas de non-linéarités non rationnelles. - Une méthode pseudo-spectrale par éléments dans le domaine temporel : la collocation à l'aide fonctions polynômiales par morceaux. Ces méthodes transforment le problème continu en un système d'équations algébriques non linéaires, dont les solutions sont calculées par continuation à l'aide de la méthode asymptotique numérique. L'ensemble de ces outils, intégrés au code de calcul MANLAB et complétés d'une analyse linéaire de stabilité, sont alors utilisés pour l'étude des régimes périodiques d'une classe particulière de systèmes dynamiques non linéaires : les instruments de musique auto-oscillants. Un modèle physique non-régulier de clarinette est étudié en détail : à partir de la branche de solutions statiques et ses bifurcations, on calcule les différentes branches de solutions périodiques, ainsi que leur stabilité et leurs bifurcations. Ce modèle est ensuite adapté au cas du saxophone, pour lequel on intègre une caractérisation acoustique expérimentale, afin de mieux tenir compte de la géométrie complexe de l'instrument. Enfin, nous étudions un modèle physique simplifié de violon, avec une non-régularité liée frottement de Coulomb. Cette dernière application illustre ainsi la polyvalence des outils développés face aux différents types de non-régularité.