Contribution à la détection, à la localisation d’endommagements par des méthodes d’analyse dynamique des modifications structurales d'une poutre avec tension : application au suivi des câbles du génie civil

Contribution to the detection, localization of damage by dynamic analysis methods for structural changes in a beam with tension : application to the monitoring of civil engineering cables

• Auteur / Autrice : Thi Thu Ha Le
• Direction : Pierre Argoul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 04/04/2014
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Navier (Paris-Est) - Navier
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Golinval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Argoul, Luigi Agostino Garibaldi, Mohamadou Lamine Dieng, Nelly Point
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabrice Thouverez, Fabrice Bolaers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance des matériaux

Structures avec câbles

Poutres

Constructions -- Dynamique

Mots clés libres

Dynamique des structures

Poutre d'Euler Bernoulli

Poutre avec tension

Détection et localisation

Svd

Identification modale POD. SOD

Structural dynamics

Euler-Bernoulli beam

Beam with tension

Detection and localization of damage

Svd

Modal analysis POD. SOD

Résumé

L'objectif de ce travail est de mettre au point des méthodes pour détecter, localiser, quantifier et suivre l'évolution de l'endommagement dans les câbles courts, tels que les suspentes des ponts suspendus, à partir de leurs réponses vibratoires. Afin de modéliser ces câbles, un modèle linéaire 1D de poutre d'Euler Bernoulli avec tension est utilisé. Ce modèle permet de modéliser une large gamme de structures, allant de la corde vibrante à la poutre sans tension. Pour le câble, l'endommagement est introduit dans l'équation vibratoire par des modifications locales de la masse linéique et de la rigidité en flexion et par un changement global de la tension. De plus, pour introduire une "fissure" dans l'équation vibratoire d'une poutre, la modification de la rigidité peut être remplacée par un ressort de rotation au niveau de la fissure. Pour ces deux modèles d'introduction d'endommagements, une estimation analytique au premier ordre des variations des paramètres modaux en fonction des modifications est établie. Grâce aux estimations analytiques obtenues pour la variation relative des fréquences en fonctions des modifications physiques, nous développons des techniques de localisation pour deux cas d'étude : deux essais seuls correspondants à deux états (sain et endommagé) et une série d'essais (plusieurs essais de l'état sain à l'état endommagé). Pour ce second cas, une autre méthode de détection et de localisation utilisant cette fois la SVD est proposée. Les méthodes proposées sont testées sur des données numériques et sur des données expérimentales existant dans la littérature ou effectuées pendant la thèse

The objective of this work is to develop methods to detect, localize, quantify and follow the evolution of the damage in short cables, such as suspenders of the suspension bridges, using their vibratory responses. To simulate these cables, a 1D Euler Bernoulli beam linear model with tension is used. This model allows to study a wide range of structures from the vibrating string to the beam without tension. For cables, damage is introduced into the vibratory equation by local changes of the linear density and the bending stiffness and a global change in the tension. To introduce a crack in the vibrating beam equation, the change in the rigidity may be replaced by a pinned joint at the location ofthe crack. For both these models, a first order analytical estimation of the variation of modal parameters due to theses changes is established. Using these analytical estimations of the relative frequency variations in functions of the physical changes, we develop methods of localization for two cases : only two tests corresponding to two states (healthy and damaged) and a series of tests (several tests on the healthy state and several tests on the damaged state). For the second case, we propose another method of detection and localization which uses the SVD tool . These methods are tested on numerical data and experimental data from literature or from tests performed during the phD.