Optimisation des actuateurs et capteurs piézo-électriques dans le cadre du contrôle actif vibroacoustique par utilisation de méthodes éléments finis/éléments finis de frontière

Optimisation of piezoelectric actuators and sensors for active structural acoustical control using finite element and boundary element methods

• Auteur / Autrice : Stéphane Dedieu
• Direction : Mohamed Ali Hamdi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences mécaniques pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation mathématique

Algorithmes génétiques

Contrôle actif du bruit et des vibrations

Éléments-frontières, Méthode des

Éléments finis, Méthode des

Plaques (ingénierie)

Coques (ingénierie)

Actionneurs

Capteurs (technologie)

Capteurs piézoélectriques

Vibrations

Acoustique

Résumé

Ce travail vise à développer des algorithmes d'optimisation de la position d'actuateurs et de capteurs piézo-électriques (''piézos'') pour le contrôle actif du bruit rayonné par des coques minces en vibration. La démarche suivie est purement prédictive et s'appuie sur des techniques numériques couplant élément finis et éléments finis de frontière. Elle postule une connaissance parfaite de la source d'excitation. Après un rappel de la résolution de problèmes vibroacoustique par équations intégrales et discrétisation par éléments finis/éléments finis de frontière, les algorithmes d'optimisation des positions des actuateurs et capteurs sont développés et testés. Dans le cas des actuateurs, ces algorithmes minimisent l'énergie acoustique rayonnée par la structure, avec prise en compte éventuelle d'une contrainte sur l'énergie cinétique (effet ''spillover''). Pour les capteurs, l'optimisation est obtenue par reconstruction de la matrice impédance modale de rayonnement de la structure. Les algorithmes proposés sont de type déterministe ou aléatoire. La stratégie d'optimisation la plus efficace s'appuie sur un algorithme génétique couplé à une étude statistique des variations de la fonction coût et à un opérateur local qui améliore sa convergence. Un modèle élément fini de l'interaction ''piézo''/coque est développé. Ce modèle, qui peut s'appliquer à des plaques ou des coques, est susceptible d'être déplacé sur le maillage élément fini de la structure. La masse et la rigidité du ''piézo'' sont négligés lors du processus d'optimisation des positions, mais peuvent être introduits une fois celles-ci déterminées. Des exemples simples et des validations détaillent le mode d'action des actuateurs (resp. Des capteurs) sur la structure qui exercent (resp. Détectent), selon leur nature (matériau, orientation) des effets de membrane, de flexion ou de torsion. La simulation du contrôle actif du bruit transmis par un panneau à l'intérieur d'une cavité synthétise les techniques développées dans ce travail. Il permet de tester les algorithmes et les modèles développés et propose des interprétations et des éléments de nature à influencer la conception de systèmes de contrôlé actif : position, taille des ''piézos'', effet ''spillover'' plus important avec les ''piézos'' qu'avec les forces ponctuelles.