Analyse modale non linéaire expérimentale

Experimental non-linear modal analysis

• Auteur / Autrice : Claude Gibert
• Direction : Louis Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Régis Dufour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Thouverez, Olivier Noël
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Donatien Le Houédec, Pascal Drazetic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes non linéaires

Constructions -- Dynamique

Analyse modale (ingénierie)

Mots clés libres

Modes non-linéaires

Identification

Expérimental

Résumé

L'introduction de l'analyse modale dans le cadre de structures mécaniques non-linéaires semble paradoxale, car le domaine d'application des nombreuses méthodes regroupées sous ce terme, est limité aux systèmes qui peuvent être considérés comme linéaires. Cependant, l'obtention de bases modales par ces méthodes très répandues, est d'une très grande utilité dans le domaine de l'ingénierie à plusieurs égards : caractérisation dynamique des structures, prédiction des réponses, sous-structuration, recalage de modèles. . . La notion de mode de vibration a été étendue, dans les années 1960, à une certaine classe de systèmes non-linéaires. Les modes des systèmes linéaires sont alors un cas particulier des modes normaux non-linéaires définis comme des mouvements possédant des propriétés particulières et dont l'existence a été démontrée. Depuis, de nombreux développements, le plus souvent analytiques, ont été effectués dans l'étude des systèmes dynamiques à l'aide des modes normaux non-linéaires. Les structures réelles exhibent souvent des comportements non-linéaires et peuvent donc poser certains problèmes de modélisation et d'analyse. Il nous a semblé opportun de rechercher l'intérêt, les possibilités d'application et l'efficacité de méthodes basées sur des notions modales étendues au cas non-linéaire dans un contexte expérimental et industriel. Dans le cadre de ce travail, des méthodes de calcul des modes non-linéaires sont évaluées sur des modèles numériques de structures. Des techniques d'identification des modes non-linéaires dans le domaine fréquentiel sont proposées, appliquées à des cas expérimentaux puis industriels, sur lesquels auront été effectués des tests vibratoires adéquats. Nous montrons quelques possibilités dans le domaine de l'analyse expérimentale des structures vibrantes basée sur des notions modales non-linéaires.

Introducing modal analysis in the context of non-linear mechanical structures may appear like a paradox. That because the several methods which can be put behind this term apply only in the case where the system under study can be considered like a linear one. Gathering ''modal bases'' by means of these widely spread methods is very useful in the domain of engineering for many reasons : dynamic caracterisation of structures, response prediction, sub-structuring, model updating. . . In the meantime, the extension of the vibration mode concept, developed in the 60's, to a particular class of non-linear systems is less known. Linear systems' modes appear then as a particular case on non-linear modes which are defined as motions with some particularities and whose existence have been verified. More recently, several advancement, mostly analytical, have been carried out in the study of dynamical systems using non-linear normal modes. Actual structures often exhibit some non-linear behavior that may lead to potential difficulties in modeling and analysis. So, it seems important, to look for the usefulness, the applicability and the efficiency of methods based on extended modal concepts in an experimental and industrial context. In this work, some non-linear normal mode computing technics are shown and applied to experimental, and afterwards to industrial cases, after some appropriate vibratory tests. We show some possibilities and some limits in the experimental analysis of vibrating structures using non-linear modal concepts.