Atténuation vibratoire non-linéaire de structures modales creuses par ajout de matériaux granulaires

Non-linear vibration attenuation of hollow modal structures by the addition of granular materials

• Auteur / Autrice : Antoine Sternberger
• Direction : Jean-Michel Genevaux, Adrien Pelat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 30/11/2018
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans / LAUM
• DOI : 10.70675/fcb4c714z35fcz4a3dzbee5z82b0a01d5103

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Dynamique

Vibrations

Milieux granulaires

Dissipation d'énergie

Analyse modale (ingénierie)

Mots clés libres

Vibrations

Matériau granulaire

Dynamique non-linéaire

Dissipation

Structure modale

Expérience

Modèle

Vibration

Granular material

Nonlinear dynamics

Modal structure

Experiment

Model

Résumé

L'utilisation d'un matériau granulaire au sein de structures industrielles afin de diminuer les niveaux vibratoires est une solution alternative aux revêtements viscoélastiques, qui ont une dépendance forte aux conditions de température. Pour l'industrie navale et aéronautique l'enjeu est ainsi d'améliorer la fiabilité et le confort. Les niveaux d'interaction entre les grains dépendent des paramètres de contrôle (niveaud'accélération), mais aussi des caractéristiques des matériaux constitutifs des grains, du taux d'humidité dufluide environnant, de la géométrie et des dimensions des grains, ainsi que des conditions de confinement.Pour une accélération donnée, indépendante du point de la structure, la pertinence du choix d'unmatériau granulaire par rapport à une même masse indéformable est mise en évidence par l'étude de lavibration d'une cavité rigide montée sur un oscillateur partiellement remplie. La variation paramétrique destypes de confinements dans la cavité ainsi que le matériau constitutif des grains permet d'extraire lesparamètres influents dans la dissipation d'énergie. Le développement d'un modèle analytique à constanteslocalisées permet de simuler l'énergie dissipée par le système via un nombre réduit de coefficients représentantla dynamique vibratoire de la matière en grains. La confrontation de ce modèle avec différentesexpérimentations permet de valider son efficacité et son caractère prédictif dans la dissipation de l'énergievibratoire d'un système dynamique.Pour une structure modale en vibration, où le niveau d'accélération est dépendant du point de lastructure, l'optimisation du positionnement des amas de grain est montrée.

The use of granular material in industrial structures to reduce vibration levels is an alternative toviscoelastic surfacing, which is highly dependent on temperature conditions. For the naval and aeronauticalindustry, the challenge is to improve reliability and comfort. The levels of interaction between the grainsdepend on the control parameters (acceleration level), but also on the characteristics of the constituentmaterials of the grains, the moisture content of the surrounding fluid, the geometry and dimensions of thegrains, as well as their containment conditions.For a given acceleration, independent of the point of structure, the relevance of the choice of a granularmaterial with respect to the same non-deformable mass is demonstrated by the study of the vibration of a rigidcavity mounted on an oscillator partially filled. The parametric variations of the types of confinement in thecavity as well as the constituent material of the grains make it possible to extract the influent parameters inthe energy dissipation. The development of an analytical model with localized constants allows to simulate theenergy dissipated by the system via a reduced number of coefficients representing the vibratory dynamics ofthe granular matter. The comparison of this model with experiments makes it possible to validate itseffectiveness and its predictive character in the dissipation of the vibratory energy of a dynamic system.For a modal structure, where the acceleration level is dependent on the point of the structure, theoptimization of the grain cluster positioning is shown.