Thèse soutenue

Suivi de santé structurale basé sur l'identification modale opérationnelle
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Auteur / Autrice : Duc Tuan Ta
Direction : Thien-Phu LeMichael Burman
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie civil
Date : Soutenance le 13/10/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique et d'Energétique de l'université d'Evry (Evry, Essonne)
référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l'ingénierie et des systèmes (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Alexis Beakou
Examinateurs / Examinatrices : Pierre Argoul, Luigi Garibaldi, Jean Lerbet
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Argoul, Luigi Garibaldi

Résumé

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La surveillance de la santé structurelle (SHM) des structures est primordiale pour une utilisation sûre et essentielle pour le développement durable. L'analyse modale opérationnelle (OMA) pour SHM est appropriée pour les structures réelles car elle offre plusieurs avantages : faible coût, utilisation normale des structures et surveillance continue. Cependant, elle présente quelques obstacles majeurs : (i) excitations non mesurées; (ii) problèmes de sous-détermination; (iii) relation entre les endommagements et le changement des paramètres modaux, n'est pas directe; (iv) identification difficile des endommagements multiples. Par conséquent, les objectifs de la thèse sont : (i) faire une analyse sur des méthodes efficaces et populaires pour l'analyse modale opérationnelle et pour l'identification des endommagements ; (ii) proposer des améliorations des méthodes existantes ou de nouvelles méthodes qui peuvent traiter les cas sous-déterminés ; (iii) développer une procédure de détection rapide des endommagements; (iv) introduire une procédure améliorée pour la détection des dommages multiples. Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse peuvent être résumés en quatre contributions principales suivantes :La première contribution est une amélioration de la technique d'identification modale existante basée sur la décomposition PARAllel FACtor (PARAFAC) dans le domaine temporel. Le tenseur de troisième ordre de la covariance des réponses est décomposé en composantes correspondant aux modes structurels ou aux déflections harmoniques. Une longueur minimale des fonctions d'auto-covariance utilisant les périodes naturelles et les taux d'amortissement est suggérée pour distinguer avec précision les harmoniques des modes structurels.La deuxième contribution consiste à développer une nouvelle méthode d'identification modale basée sur la décomposition PARAFAC dans le domaine fréquentiel. En utilisant la décomposition PARAFAC, un tenseur d'ordre 3 en fréquence construit à partir de la densité spectrale de puissance (DSP) des réponses est d'abord décomposé en plusieurs tenseurs d'ordre de rang 1 qui peuvent être des modes structurels ou des composantes harmoniques. La fonction auto-PSD de chaque tenseur d'ordre 3 de rang 1 est ensuite utilisée pour identifier les paramètres modaux tandis que les valeurs de kurtosis spectral sont utilisées pour distinguer les modes structurels et les harmoniques. La performance de la méthode proposée a été étudiée avec un amortissement proportionnel/non-proportionnel, des modes très rapprochés, des cas sous-déterminés et en présence d'excitations harmoniques.La troisième contribution est consacrée à la proposition d'une méthode rapide pour la détection et la quantification d'un changement local simple de la masse et/ou la rigidité de structures de type poutre en utilisant des paramètres modaux identifiés. La relation entre les changements locaux de masse et/ou de rigidité d'une poutre et son décalage de fréquence naturelle et sa déformée modale est examinée et une expression analytique est explicitement donnée. Sur la base de l'expression proposée, une régression linéaire est appliquée pour obtenir des résultats précis du changement de masse et/ou rigidité des poutres.La quatrième contribution vise à étendre la procédure précédente d'identification des endommagements pour de multiples changements locaux de masse et/ou de rigidité. La comparaison entre les décalages de fréquence naturelle obtenus directement à partir de l'expression analytique établie dans la contribution précédente au lieu d'utiliser la méthode des éléments finis et ceux mesurés permet ensuite l'identification des endommagements en utilisant une inférence Bayésienne. L'identification des endommagements proposée devient rapide car elle évite le coût de calcul causé par les simulations FEM.Toutes les contributions ci-dessus ont été validées par des simulations numériques et des tests expérimentaux au laboratoire.