Controle hybride actif-passif des vibrations de structures par des materiaux piezoelectriques et viscoelastiques : poutres sandwich/multicouches intelligentes

• Auteur / Autrice : Marcelo Areias Trindade
• Direction : Roger Ohayon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Paris, CNAM

Résumé

Cette these presente une analyse numerique de l'amortissement des vibrations structurales obtenu par des traitements passifs, actifs et hybrides actifs-passifs. Pour cela, un modele elements finis de poutre sandwich dont les couches peuvent etre elastiques, piezoelectriques ou viscoelastiques est presente. Il est valide a travers des comparaisons avec les resultats analytiques, experimentaux et numeriques trouves dans la litterature, puis, etendu au cas de peaux stratifiees. Ensuite, la representation de la dependance en frequence des proprietes des materiaux viscoelastiques est etudiee en utilisant les modeles anelastic displacement fields (adf), golla-hughes-mctavish (ghm) et modal strain energy (mse) iteratif. Une reduction modale a base complexe est proposee et validee a travers des comparaisons avec les resultats trouves dans la litterature. Un algorithme iteratif est propose pour trouver le controle optimal du type linear quadratic regulator (lqr) respectant le champ electrique maximum applicable aux pastilles piezoelectriques. La comparaison entre les performances d'amortissement des mecanismes d'action piezoelectrique par extension et par cisaillement montre que les derniers sont plus efficaces pour de petites amplitudes et frequences elevees et pour des structures sandwich a peaux rigides et coeur souple. Trois traitements amortissants hybrides, obtenus en modifiant l'emplacement relatif des couches viscoelastique et piezoelectrique, ont ete analyses et compares. Il est montre que les traitements par revetement contraint actif (rca), consistant a remplacer la couche externe elastique par un actionneur piezoelectrique, ne sont efficaces que pour des couches viscoelastiques tres minces. Tandis que les traitements par revetement contraint passif (rcp) associe a un actionneur piezoelectrique colle sur la surface opposee de la structure (rcp/ca) ou entre la couche viscoelastique et la structure (rcpa/ca) sont, generalement, plus efficaces. Cependant, les trois traitements fournissent des systemes de controle efficaces et robustes. L'etude du controle de vibrations d'une poutre sandwich a coeur viscoelastique, a l'aide de deux pastilles collees symetriquement sur ses surfaces superieure et inferieure, en utilisant trois controleurs de types lqr, derivatif et linear quadratic gaussian (lqg) est realisee. Il est montre que les controleurs optimaux lqr et lqg sont plus efficaces que le derivatif, puisqu'ils sont moins dependants de la co-localisation des actionneurs et capteurs. Finalement, l'influence de la temperature d'operation sur la performance de l'amortissement par traitement du type rca est analysee ; les resultats montrent qu'il est possible d'aboutir a des performances uniformes dans un intervalle de temperatures.