Modélisation du comportement dynamique d'un câble en translation soumis à des contraintes unilatérales, au frottement sur appuis et à des charges ponctuelles

Dynamics of a translating cable subjected to unilateral constraints, friction and punctual loads

• Auteur / Autrice : Charlélie Bertrand
• Direction : Claude-Henri Lamarque, Vincent Acary
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, Energétique, Génie Civil et Acoustique
• Date : Soutenance le 23/06/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (Vaulx-en-Velin, Rhône ; 1975-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche de l'université Grenoble Alpes
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Thouverez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Béatrice Faverjon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Brüls, Bruno Cochelin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais dynamiques

Transport par câble

Mots clés libres

Dynamique du câble

Frottement

Contraintes unilatérales

Analyse modale

Statique du câble

Éléments finis

Modèles réduits dynamiques

Dynamique non régulière

Vibration

Translation

Poulie

Appuis

Téléphérique

Cable dynamics

Friction

Unilateral constraints

Modal analysis

Cable statics

Finite element method

Reduced-order-models

Nonsmooth dynamics

Vibrations

Translation

Sheaves

Support

Aerial ropeways

Résumé

En France, les installations de transports par câble sont majoritairement présentes en régionsmontagneuses mais leur implantation en zone urbaine se développe. Bien que leurdimensionnement statique semble maîtrisé, leur comportement dynamique n’est à ce jour pastotalement cerné.Ce travail s’intéresse à la modélisation de la dynamique d’une installation de transport par câble.Plusieurs approches sont proposées avec pour objectif d’ouvrir des pistes sur la prise en comptedes chargements ponctuels mais aussi de l’interaction entre le câble, les appuis et les poulies de laligne. Le contact entre le câble et ces éléments est supposé frottant dans le but de prendre encompte l’entraînement de câble à une certaine vitesse.Ce travail se concentre d’abord sur les équations de la dynamique d’un câble formulée de tellesorte que l’inclusion de contraintes tant sur la rhéologie que sur la présence d’obstacles soitpermise. A partir de ces équations, un élément fini de câble non-compressible est proposé. Cedernier a été formulé pour permettre de simuler des systèmes variés non conscrits aux seulstéléphériques. Le traitement numérique du frottement et du contact est fait par résolution deproblèmes non lisses à l’aide de la plateforme Siconos. Des méthodes plus classiques et plusrépandues dans la littérature reposant sur des méthodes de Ritz-Galerkin sont développées dans lebut d’être comparées aux éléments finis. Des applications centrées sur le cas des téléphériquessont présentées dans les derniers chapitres du manuscrit.

Starting slowly by slowly. Although their static design seems well established, the understandingof the dynamical behavior remain a challenge.This work aim at modeling and simulating the dynamical behavior of a translating cablesubjected to unilateral constraint, friction and punctual loads. The interaction between the cable,the tower and the sheaves is modeled via frictional contact in order to satisfy a given line speed.This work first focuses on the development of system equations according to Lagrangianmechanics. The latter is believed more applicable to any constitutive law and any constraintsincluding obstacles.Those same equations are used to derive a versatile cable element that can be used for any cablesystem. The treatment of contact and friction is realized thanks to the Siconos platform. Ritz-Galerkin methods are often used in the literature to treat the nonlinear dynamics of cables. Herewe proposed a general derivations of the latter which we compare to finite element methods.Some applications focused on the dynamics of aerial ropeways are proposed to model thepossible scenarios leading to global instabilities ate the scale of an installation.