Dissertationen zum Thema „Vibrations des assemblages“

Ce travail traite de l'étude dynamique d'une transmission automobile à joints tripodes et a permis une analyse fine des phénomènes de martèlement, produit par l'excitation axiale du joint fixe, et le battement entre le moteur et la transmission qui conduisent à des bruits indésirables. L'analyse du martèlement et du battement a nécessité une étude mécanique détaillée de la transmission. Sur le plan cinématique, des galets ont été réduits à des contacts ponctuels et le joint coulissant a en premier lieu été considéré comme homocinétique de façon à présenter les propriétés élémentaires et fondamentales caractéristiques : mouvement de fréquence R1 le long de la rampe, de fréquence R2 le long des tourillons et mouvement de fréquence R3 du centre du triaxe dans son plan. Il a été montré ensuite que dans le cas réel, le mouvement peut se ramener à une perturbation du cas précédent. Pour la transmission complète le déphasage angulaire entre les blocs tripodes conduit aux situations extrêmes , cône et diabolo, de l'arbre intermédiaire ; des préconisations de calage entre tripodes doivent être envisagées au niveau de la production. Sur le plan dynamique, la même méthodologie a été appliquée en partant du joint homocinétique sans frottement pour aboutir au joint réel avec frottements galet sur rampe et galet sur tourillon. Les simulations obtenues montrent que les termes de frottement de roulement de galets sont prépondérants. Le déphasage angulaire entre tripodes joue un rôle important sur la synchronisation des mouvements internes des différents galets sur rampes de joints. Les résultats obtenus par rapport aux objectifs fixés qui étaient d'identifier les différents paramètres participant aux principaux bruits liés aux transmissions sont atteints : i) Le martèlement de fréquence triple est provoqué par des chocs entre les différents constituants du dispositif d'arrêt axial du joint tripode fixe (champignon sur fond de tulipe et étoile sur triaxe). Ce phénomène est diectement lié à l'effort axial qui dépend de l'orientation relative et des frottements de roulement des deux joints tripodes ; ii) Le R6 transmission proche du F2 moteur produit le battement. Il est lié essentiellement a l'évolution sextuple du couple complémentaire dû aux frottements de roulement. De plus l'influence du sens de rotation par rapport au couple a été étudiée, et a révélé un comportement dynamique de la transmission différent suivant le sens de rotation et le signe du couple moteur. Les essais expérimentaux effectués à l'aide d'une transmission instrumentée ont permis de valider les travaux présentés mais ont mis en évidence aussi un phénomène d'arc-bouttement du champignon dans le triaxe sous fort angle de brisure
This work deals with dynamics of a tripod joint automotive transmission and has permitted a detailed approach of the harshness phenomenon produced by the axial force of the fixed joint and the vibration beat between the engine and the transmission leading to undesirable noise. This analysis of harshness and beat has needed a detailed mechanical model of the transmission. Considering kinematics, the rollers have been modeled as points and the plunging joint has been assimilated to a constant velocity joint (CVT) in order to enhance its elementary and fundamental properties : R1 movement of the rollers along the tulip ramps, R2 movement of the rollers along the trunnions and R3 movement of the tripod center. In the real case, it can be shown that the real movement departs but little from the ideal case of the CVT. For the whole transmission, the angle between the two tripodes lead to the extreme two situations, cone or diabolo of the intermediate shaft ; considering the production process, optimal angle adjustments between tripodes are worth being considered. The same methods have been applied for dynamics, beginning with an ideal CVT and ending with a real joint including roller-to-ramp and roller-to-trunnion friction effects. . Derived simulations show that terms issued from the roller-to-ramp movement are prominent. The shiff angle between tripodes play an important role on the synchronisation of intelnal movements of the ramp-to-roller movements The goal of the work was to identify the various parameters responsible for the main noises of the transmissions. This goal has been obtained : i) the third frequency harshness is due to the chocks between the parts of the fixed joint ( stop on the tulip and star on the tripode). This phenomenon is directly related to the axial effort that depends on the relative orientation and the friction of the two tripode joints ; and ii) the R6 vibration close to the F2 vibration produced by the engine, is issued from the complementary torque produced by the roller-to-tulip friction. In addition, dynamics of the transmission depend on torque and velocity same or opposite sign. The experimental results using an instrumented transmission have validated the presented results but the stick of the stop on the tripode has also been put into evidence under large joint angle

Le mémoire porte sur l'étude de la fiabilité des assemblages utilisant des alliages de brasure sans-plomb en environnement sévère pour des applications électroniques. Une méthode de préparation métallographique fiable et reproductible en vue de l'analyse microstructurale est présentée. L'effet du vieillissement thermique statique sur l'évolution microstructurale de billes de brasure en SAC, la tenue à la fatigue mécanique des assemblages brasés et l'étude de l'endommagement thermomécanique sont développés. Le seul effet notable constaté après vieillissement thermique est l'augmentation des épaisseurs des intermétalliques de contact. A la suite de sollicitations mécaniques, les ruptures sont plus souvent observées dans les pistes que dans les brasures, et ne permettent pas d'incriminer des éléments de la microstructure brasée comme facteurs déterminant de propagation des fissures. Les sollicitations thermomécaniques conduisent à une recristallisation, et les fissures se propagent alors le long des joints de grains recristallisés.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la tenue au séisme des cœurs de Réacteurs à Eau Pressurisée (R. E. P. ). Son but est la caractérisation, sous différents environnements (air, eau stagnante et eau sous écoulement), du comportement vibratoire non-linéaire d'un assemblage combustible par une approche expérimentale. Le modèle retenu devra contenir peu de degrés de liberté afin de pouvoir être utilisé dans les calculs d'impacts, de file d'assemblages ou de cœur complet
This study is in the scope of Pressurized Water Reactors (P. W. R. ) core response calculations in the field of seismic studies. The aim of this work is to characterize experimentally the PWR fuel assembly non-linear vibratory behavior. The model obtained must be global with a few degree of freedom in order to be integrated in the calculation of the core response to seismic excitation

La finalité de ce travail de thèse réalisé dans l'industrie automobile, est d'améliorer le confort acoustique des véhicules. En particulier, le bruit basse fréquence résulte en partie des transferts d'énergie par voie solidienne des efforts mécaniques (moteurs, trains) vers les panneaux d'habitacle. L'objectif de ces travaux a consisté à développer des modèles de calcul fiables afin de comprendre les mécanismes de propagation mis en jeu, pour concevoir des ossatures limitant les transferts vibratoires. L'étude a porté sur des corps creux constitués de tôles soudées de faible épaisseur. Pour mette au point les outils d'analyse, des structures de complexité croissante ont été étudiées. De plus, la connaissance des vibrations entretenues a été utilisée pour bénéficier des outils de calcul et de mesure maîtrisés dans l'automobile. L'étude de la propagation des ondes a nécessité le développement conjoint de modèles de calcul et de protocoles de mesure. Une stratégie de validation des modèles a été proposée. Elle est basée sur la confrontation des calculs et des essais en analyse modale, en analyse transitoire sur les temps courts puis longs. Son application à un assemblage de corps creux a permis de dégager des règles de modélisation et des paramètres importants de mesure pour obtenir une bonne corrélation des deux caractérisations sur les temps courts. Pour étendre la validité des modèles aux temps longs, deux modèles de dissipation ont été proposés. Des outils théoriques ont été développés pour analyser les mécanismes de propagation observés à partir du modèle EF de l'assemblage de corps creux. La nature de la propagation a été expliquée, les mécanismes de conversion des ondes de flexion mis en évidence. Les modèles de propagation validés ont été utilisés pour étudier l'influence de deux connexions de corps creux sur les transferts solidiens. Finalement, une solution technique permettant d'augmenter la dissipation dans les corps creux a été proposée.

Dans cette étude, nous proposons une généralisation de la méthode de réanalyse de l'équilibre des structures à la réanalyse de rigidité (géométrie et matériaux). Cette généralisation fait appel à des conditions mixtes, portant simultanément sur les efforts et les déplacements. Une application a l'endommagement decoule naturellement de cette methode et sera proposee. Cette méthode a pour avantage de donner une solution générale du système de l'équilibre, indépendamment des conditions aux limites. Du point de vue numérique, nous présentons également une méthode de résolution du système singulier par décomposition permettant d'éviter le calcul de l'inverse régularisée. Cette décomposition rejoint le concept de l'inverse partiel de Moore-Penrose. Elle permet un gain en temps de calcul et une simplicité de présentation. Elle facilite l'étude du comportement non linéaire des matériaux et notamment le cas de la variation de rigidité. La puissance de la méthode de réanalyse provient en partie de la facilité avec laquelle elle permet d'imposer des conditions cinématiques diverses. Avec l'extension proposée, toute loi mécanique pouvant s'exprimer directement ou indirectement par des conditions cinématiques ou mixtes peut être modélisée par cette méthode. Ce qui nous a permis de modéliser par exemple, des conditions portant sur le vecteur contraintes alors que cette méthode est basée sur les éléments finis en déplacements. Notre travail est divisé en deux parties : la première est consacrée à la réanalyse avec modification des conditions aux limites en chargements, en déplacements et en contraintes. La deuxième partie de cette étude est consacrée à la réanalyse de rigidité. Comme application, nous traitons le cas de l'endommagement des matériaux composites unidirectionnels.

La conception des structures assemblées nécessite de disposer d'outils de simulation prédictifs permettant de minimiser les écarts entre les comportements réel et simulé de ces structures. Et ce, d'autant plus que les exigences en terme de performance du système sont élevées et qu'une conception optimale est recherchée. Lors du dimensionnement des structures assemblées, la pratique généralement adoptée en bureau d'étude consiste à définir un coefficient de sécurité permettant de tenir compte de la variabilité du comportement réel de ces structures. L'inconvénient est de conduire nécessairement à un surdimensionnement qui peut aller à l'encontre des objectifs de dimensionnement optimal de ces structures. Les liaisons sont le siège de phénomènes non-linéaires tels que le contact ou le frottement et différentes sources d'incertitude induisent une variabilité sur les caractéristiques dynamiques réelles des liaisons. Malgré les capacités des calculateurs actuels, la prise en compte conjointe des phénomènes non linéaires et des incertitudes lors de la simulation de structures assemblées complexes reste difficilement envisageable par une approche directe. L'objectif de ce travail est de proposer une approche pragmatique de caractérisation du comportement vibratoire des structures légères assemblées en tenant compte de la variabilité des paramètres des liaisons. L'intérêt de cette approche est de pouvoir être intégrée dans une phase de dimensionnement robuste. On peut ainsi envisager de dimensionner une solution d'amortissement des vibrations d'une structure assemblée en tenant compte de la variabilité du comportement réel des liaisons de cette structure. Ce travail étudie d'abord le comportement dynamique d'une structure légère réelle afin d'identifier un modèle nominal «juste suffisant» des liaisons considérées. Une approche non intrusive de caractérisation du comportement vibratoire d'une structure en présence de paramètres incertains est ensuite proposée. Cette approche, intitulée approche SMR (pour Stochastic Model Reduction), exploite le fait que la variabilité des vecteurs propres d'une structure est généralement d'un ordre de grandeur inférieur à la variabilité des fréquences propres associées ce qui permet de réduire considérablement le coût de calcul de l'approche tout en gardant une bonne précision sur l'estimation des fréquences propres aléatoires de la structure. Le principe de l'approche est alors d'adapter la modélisation stochastique à chaque fréquence propre aléatoire en fonction d'une exigence de précision globale sur l'ensemble des fréquences propres aléatoires recherchées. Le point clé de cette approche consiste à identifier le modèle stochastique adapté à chaque configuration de fréquence propre, pour cela un indicateur sans coût de calcul supplémentaire est proposé. Finalement, un modèle stochastique des liaisons de la structure considérée est proposé et l'approche SMR est utilisée dans un processus d'optimisation basé sur le principe du maximum de vraisemblance pour identifier les paramètres de ce modèle. Cette dernière étape de la démarche proposée permet alors de caractériser le comportement vibratoire de structures assemblées constituées de nombreuses liaisons en tenant compte de la variabilité du comportement de chacune des liaisons. La démarche mise en place dans le cadre de cette thèse est alors concrétisée par la proposition d'une stratégie originale de réduction robuste des vibrations d'une structure assemblée légère
Predictive models are needed to properly design assembled structures. The main issue with this kind of structure is to deal with non-linear phenomena as contact or friction while considering sources of uncertainties mainly responsible for the deviation between the effective behavior of the structure and results from deterministic simulations. This work aims to provide a pragmatic approach to characterize the vibrational behavior of light assembled structures considering the variability of parameters of the joints. This approach would be useful for robust design of solutions, such as solutions for damping vibrations, dedicated to assembled structures and taking into account the variability of the real behavior of each joint.In this work, the dynamical behavior of an actual light structure is studied in order to identify a "just sufficient" nominal model of the considered joints. A non intrusive approach is then proposed to reduce the vibrational stochastic model of a structure with random parameters is then proposed. This approach, referred as the SMR approach (for Stochastic Model Reduction approach), takes advantage of the order of variability of random eigenvectors which is usually lower than the variability of corresponding random eigenfrequencies. It then allows to significantly reduce the computational cost for a given accuracy to estimate the structure random eigenfrequencies. The cornerstone of this approach is to adapt the stochastic modeling to each random eigenfrequency depending on a global accuracy requirement on the whole set of sought random eigenfrequency. The key point is then to identify the stochastic model used for each configuration of random eigenfrequency. A computationally free indicator is then proposed. Finally, a stochastic mechanical model of the joints of the studied structure is proposed. The SMR approach is used in an optimization process based on the maximum likelihood principle to identify the parameters of this stochastic model. This last step allows to characterize the vibrational behavior of assembled structures involving many joints taking into account the variability of each joints. This work is then concluded by applying the proposed approach to the design of an original strategy for robust reduction of vibration of light structures

Cette thèse porte sur l’étude du dévissage spontané d’assemblages vissés, sous sollicitations dynamiques transversales. Un travail expérimental et numérique a été réalisé pour caractériser ce phénomène, dans des conditions proches de celles des assemblages réels. Une expérimentation a permis de provoquer le dévissage d’un boulon, en soumettant l’assemblage à des vibrations transversales par rapport à l’axe de la vis. Les effets de la précharge, du traitement de surface et de la disposition des vis ont été explorés. Ces résultats ont été confrontés avec ceux obtenus par un modèle numérique détaillé utilisant la méthode des éléments finis. Cependant, en raison de la complexité de la géométrie et des difficultés de modélisation à l’échelle locale, le temps de calcul est très important et peut être prohibitif pour une étude industrielle. Afin de remédier à cette difficulté, des modèles simplifiés ont été développés, l’un avec une approche par éléments finis associés à un connecteur cinématique, et l’autre par modélisation unidimensionnelle. Ces modèles simplifiés reproduisent correctement le phénomène du dévissage spontané et confirment leur efficacité en gain de temps de calcul
This thesis focuses on the study of the self-loosening of bolted joints under transverse dynamic loads. Experimental and numerical work was carried out in order to reveal this phenomenon under conditions close to those of actual assemblies. An experiment allowed the loosening of a bolt to be caused by subjecting the assembly to transverse vibration with respect to the axis of the screw. Effects of preload, surface treatment and disposal of the screws were explored. These results were compared with those obtained by a detailed numerical model using the finite element method. However, due to the complexity of the geometry and modeling challenges at the local level, the computation time was very long and may be prohibitive for an industrial study. To remedy this problem, two simplified models were developed, one with a finite element approach associated with a kinematic connector, and one by unidimensional modeling. These simplified models correctly reproduce the self-loosening phenomenon and confirm their efficiency in terms of computation time

Au cours de cette thèse, la dynamique des assemblages de structures a été modélisée sous l'angle des oscillateurs a impacts. Plus particulièrement, la dynamique de ces systèmes a été envisagée de manière analytique. Les résultats théoriques de la thèse généralisent les résultats analytiques publiés jusqu'alors dans la littérature. L’étude a ainsi été étendue à l'ensemble des réponses périodiques possibles de ces systèmes : réponses périodiques impactant un nombre fini de fois par période, réponses périodiques avec phases de collage impactant un nombre infini de fois par période. Par ailleurs, les résultats présentés dans le cadre de cette thèse ne se limitent pas aux systèmes monodimensionnels, ils s'appliquent à l'ensemble des oscillateurs à impacts à plusieurs degrés de liberté. Les essais expérimentaux que nous avons menés confirment les travaux analytiques. Grâce aux méthodes analytiques que nous avons développées, il est possible de réaliser une investigation précise et rapide de la dynamique des oscillateurs à impacts. L’application de la méthode de continuation contribue, par la suite, à élargir le champ des résultats dans l'espace des paramètres. Grâce à cet outil, des diagrammes de bifurcation, de réponse fréquentielle ou de régionnement ont été construits. En ce qui concerne les réponses impactant un nombre fini de fois par période, la formulation de la dynamique employée est telle que la difficulté de la résolution du problème est rendue indépendante du nombre de degrés de liberté considérés pour modéliser la structure. L’exploitation de ce type de méthode permet ainsi d'étudier des systèmes réalistes dont le comportement non linéaire peut être très prononce, éventuellement même discontinu (impacts, frottement sec). Les outils que nous avons développés permettent d'aborder la dynamique asymptotique des assemblages boulonnes dans sa complexité.

Cette thèse porte sur l'étude de l'amortissement des structures assemblées, et plus précisément de la contribution des assemblages sous sollicitations vibratoires. Le mémoire est composé de cinq chapitres traitant la problématique tant du point de vue analytique qu'expérimental. Un banc d'étude académique est proposé afin d'étudier des assemblages sous sollicitation normale constante (statique) et sous sollicitations tangentielles liées aux vibrations de la structure (dynamique). Le facteur de perte caractérisant l'amortissement de la structure est obtenu, dans un premier temps par une étude locale quasi-statique. Puis une fonction de dissipation est définie, permettant d'affiner la modélisation de l'amortissement par une étude dynamique globale. Au regard des résultats obtenus par la modélisation, une analyse expérimentale est menée. Cela afin d'isoler la contribution, à l'amortissement de la structure, des glissements partiels dans les assemblages. Pour cela, deux structures géométriquement identiques, l'une monolithique et l'autre assemblée sont étudiées. Les effets des interfaces sont analysés puis comparés aux résultats analytiques. Afin de simuler plus précisément ces effets, une modélisation prenant en compte les défauts de forme des surfaces en contact est menée
This thesis presents a study of damping in assembled structures, or, more precisely, a study of the vibrations of assemblies under external excitations. The paper contains five chapters examining this problem from both analytical and experimental viewpoints. An academic investigation is presented as a foundation in order to study assemblies both under constant normal stresses (static), and under tangential stresses linked to the structural vibrations (dynamic). The loss factor that characterizes the damping of the structure is obtained through a quasi-static local study. Then, a dissipation function is given, which allows the refinement of the damping model through a global dynamic study. An experimental analysis is undertaken to examine the results obtained by the modeling. The objective of this analysis is to isolate the effects, at the structural damping, of partial sliding in the assemblies. To isolate these effects, two structures identical in shape and material, one assembled and one uniform, are studied. The data collected from the interfaces are analyzed, and then compared to the analytical results. In order to simulate these effects with greater precision, a modeling is undertaken that takes into account the defects of form for the surfaces in contact

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la tenue au séisme des coeurs de réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP). Plus précisément, l'objectif de cette thèse est l'étude expérimentale du couplage entre assemblages combustibles induit par un écoulement d'eau axial. Les phases de conception, réalisation et mise en service d'une nouvelle installation appelée ICARE EXPERIMENTAL sont présentées. ICARE EXPERIMENTAL a été conçue pour observer simultanément les vibrations de quatre maquettes d'assemblages combustibles (2x2) confinées sous écoulement ascendant. Une nouvelle méthode d'analyse de données combinant analyse temps-fréquence et décomposition sur modes propres orthogonaux (POD) est décrite. Cette méthode, appelée Sliding Window POD (SWPOD), permet l'analyse de signaux à plusieurs composantes dont la répartition spatiale de l'énergie et le contenu fréquentiel varient avec le temps. Dans le cas de systèmes mécaniques (linéaires et non-linéaires), le lien entre les modes propres orthogonaux obtenus par la SWPOD et les modes normaux (linéaires et non-linéaires) est étudié. Les mesures obtenues avec l'installation ICARE EXPERIMENTAL sont analysées avec la SWPOD. Les premiers résultats mettent en évidence des mouvements caractéristiques des assemblages non excités, au passage de leurs résonances. Ce couplage entre assemblages combustibles, induit par le fluide, est reproduit par les simulations réalisées à l'aide du code de calcul COEUR3D. Ce code est basé sur une approche milieu poreux pour simuler un réseau d'assemblages combustibles sous écoulement
The present study is in the scope of pressurized water reactors (PWR) core response to earthquakes. The goal of this thesis is to measure the coupling between fuel assemblies caused an axial water flow. The design, production and installation a new test facility named ICARE EXPERIMENTAL are presented. ICARE EXPERIMENTAL was built in order to measure simultaneously the vibrations of four fuel assemblies (2x2) under an axial flow. A new data analysis method combining time-frequency analysis and orthogonal mode decomposition (POD) is described. This method, named Sliding Window POD (SWPOD), allows analysing multicomponent data, of which spatial repartition of energy and frequency content are time dependent. In the case of mechanical systems (linear and nonlinear), the link between the proper orthogonal modes obtained through SWPOD and the normal modes (linear and nonlinear) is studied. The measures acquired with the ICARE EXPERIMENTAL installation are analysed using the SWPOD. The first results show characteristic behavior of the free fuel assemblies at their resonances. The coupling between fuel assemblies, induced by the fluid, is reproduced by simulations performed using the COEUR3D code. This code is based on a porous media model in order to simulate a fuel assemblies network under axial flow

Les assemblages de combustible nucléaire dans le cœur d’un réacteur à eau pressurisée(REP) sont immergés dans un écoulement axial. Cet écoulement exerce une charge hydrodynamique sur les assemblages et est responsable de leur couplage et de leurs vibrations. De plus, lors d’un tremblement de terre ou d’un événement LOCA (Loss Of CoolantAccident), les assemblages de combustible sont soumis à de fortes oscillations. La charge hydrodynamique peut déformer les assemblages, générant une déformation arquée, tandis que des oscillations plus fortes, comme lors d’un événement sismique,peuvent être à l’origine d’impacts sur les assemblages. Afin de garantir l’intégrité et la sûreté du cœur du réacteur, les industries nucléaires souhaitent améliorer la connaissance phénoménologique des interactions fluide-structure à l’intérieur du cœur d’un réacteur à eau pressurisée. Les ingénieurs ont donc besoin de modèles numériques pour le comportement mécanique et de campagnes expérimentales pour les valider et définir leurs limites.L’étude présentée dans ce document est principalement divisée en trois campagnes expérimentales visant à étudier : les effets d’oscillation de l’assemblage dans un fluide au repos, les phénomènes de traînée sur les assemblages de combustible en régime permanent sous un écoulement et le comportement des oscillations des assemblages lorsqu’ils sont immergés dans un écoulement. Deux installations expérimentales sont utilisées :SBF (Shaking Bundle Facility) et Eudore. SBF accueille un assemblage fictif de pleine hauteur soumis à un écoulement axial sur une table vibrante. Grâce à des techniques optiques, le champ de vitesse du fluide et le mouvement de l’assemblage peuvent être mesurés. L’installation Eudore utilise trois assemblages réduits en ligne, soumis à un écoulement axial, avec la possibilité d’appliquer une excitation sismique à l’ensemble de la section d’essai. L’instrumentation développée sur Eudore permet de mesurer les déplacements des assemblages, le champ de vitesse du fluide et les forces d’impact.Les expériences réalisées sur Eudore sont simulées à l’aide d’un outil de calcul numérique développé au CEA, nommé FSCORE, basé sur une approche en milieu poreux. Cette approche permet d’accéder à un modèle de fluide équivalent et à un modèle de structure équivalent définis sur l’ensemble du domaine à partir de l’intégration spatiale d’équations locales. Les équations de mouvement du fluide équivalent et de la structure équivalente sont établies séparément, pour fournir un modèle couplé fluide-structure prenant en compte les contacts entre les assemblages.A l’aide d’un modèle analytique, les résultats expérimentaux obtenus sur Eudore sont utilisés pour retrouver le coefficient de traînée présent dans FSCORE. Les résultats expérimentaux et numériques sont largement discutés et montrent un bon accord
Nuclear fuel assemblies in Pressurized Water Reactor (PWR) core are immersed in anaxial flow. This flow exerts a hydrodynamic load on the assemblies, and it is responsible fortheir coupling and vibrations. Furthermore, during an earthquake or a LOCA event (LossOf Coolant Accident), fuel assemblies are subjected to strong oscillation amplitudes. The hydrodynamic load can deform the assemblies, generating assembly bow, while strongeroscillations, such in a seismic event, can be responsible for assemblies impacts. In order to ensure the reactor core integrity and safety, nuclear industries want to improve thephenomenological knowledge of fluid-structure interactions inside a PWR core. Thus, engineersneed numerical models for mechanical behavior of fuel assemblies and experimentalcampaigns to validate them and define their limits.The study presented in this document is mainly divided in three experimental campaignsand aim to investigate: the assembly oscillation effects in fluid at rest, the dragphenomena on steady state fuel assemblies under a flow and the assemblies oscillationsbehavior when immersed in a flow. Two experimental facilities are used: SBF (ShakingBundle Facility) and Eudore. SBF hosts one full-height surrogate assembly under axialflow on a vibrating table. By using optical technique, the velocity field of the fluid andassembly motion can be measured. Eudore facility uses three reduced assemblies in line,under axial flow with the possibility of applying seismic excitation to the entire test section.The instrumentation developed on Eudore makes it possible to measure the displacementsof the assemblies, velocity field of the fluid and the impact forces.The experiments performed on Eudore are simulated with a numerical calculation tooldeveloped at CEA, named FSCORE, based on a porous medium approach. This approachprovides access to an equivalent fluid model and an equivalent structure model defined overthe entire domain from the spatial integration of local equations. The equations of motionof the equivalent fluid and of the equivalent structure are established separately, to providea coupled model taking into account the contacts between assemblies.With the help of an analytical model, the experimental results obtained on Eudoreare used to retrieve the drag coefficient present in FSCORE. Experimental and numericalresults are widely discussed and show good agreement

Ces travaux ont été développés dans le contexte de l'analyse vibratoire des assemblages combustibles. Ce type de structure est très complexe et a, du fait de sa géométrie, une très forte densité modale. Ainsi, afin de calculer la réponse d'une telle structure, une modélisation simplifiée est préférable. L'objectif est d'identifier des forces stochastiques induites par l'écoulement en utilisant un modèle numérique incertain et des réponses expérimentales. Pour ce problème, 4 sources d'incertitudes sont à prendre en considération : (1) Les incertitudes de modèle induites par les simplifications du modèle. (2) Les incertitudes sur les forces induites par les fluctuations statistiques de la pression turbulent. (3) Les incertitudes concernant la modélisation des forces stochastiques. (4) Les incertitudes induites par les erreurs de mesures. Les forces stochastiques ainsi identifiées sont appliquées sur le modèle simplifié stochastique pour calculer des statistiques sur les quantités d'intérêt

Depuis l’entrée en vigueur de la directive RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directive) interdisant l’utilisation du plomb, les industriels des secteurs aéronautique et militaire se doivent de comprendre le comportement en fatigue des nouveaux alliages sans plomb afin de pouvoir estimer leur durabilité en conditions réelles d’utilisation. En se basant sur les résultats d’essais accélérés et les modélisations éléments-finis associées, les modèles de fatigue mécanique et thermomécanique correspondant aux brasures SAC305 sont développés. Le 1er chapitre traite de la caractérisation mécanique et optique de cet alliage sans plomb. Après une étude bibliographique poussée, les propriétés élastiques et viscoplastiques de l’alliage SAC305 sont établies à partir d’essais d’écrouissage, de traction et de nanoindentation. La courbe d’hystérésis contrainte - déformation en cisaillement est en outre tracée via l’utilisation de jauges de déformation. Des analyses EBSD sont finalement réalisées afin d’identifier les caractéristiques microstructurales des joints de brasure SAC305 après refusion. Le chapitre 2 a pour objectif d’évaluer la durabilité des interconnexions SAC305 soumises à des chargements en vibrations et en chocs. L’hypothèse élastique est retenue et les paramètres matériaux du modèle de Basquin sont déterminés. À partir de l’algorithme de comptage rainflow et de la loi de Miner, une méthode d’évaluation de la durabilité en vibration aléatoire est donnée. La tenue mécanique en chocs des brasures SAC305 est enfin discutée et comparée à l’alliage SnPb63Ag2. Le dernier chapitre porte sur l’étude de la fatigue thermomécanique des joints brasés SAC305. En utilisant le modèle viscoplastique unifié d’Anand, la loi de fatigue énergétique correspondant est développée. Le phénomène de recristallisation caractéristique de l’endommagement thermomécanique des brasures SAC305 est finalement investigué à partir d’analyses EBSD.

La forte sensibilité des ouvrages bois aux transmissions latérales, vibrations et autres sons basses fréquences représente un obstacle à leur développement. En réponse à cette problématique, le projet Vibracoubois, dans lequel s'inscrivent ces travaux, vise à développer la caractérisation ainsi que la modélisation des transferts vibro-acoustiques au sein de ces structures. L'objectif principal de ces travaux est donc d'élargir le champ de l'étude expérimentale et numérique à une structure complète constituée de différentes parois et de cavités couplées. Les jonctions, véritables nœuds des systèmes constructifs, sont placées au centre de l'étude. Pour ce faire, un protocole expérimental est développé, permettant d'effectuer des mesures en laboratoire mais également in-situ sur des structures réelles. Les résultats de campagnes d'essais effectuées au sein de deux maquettes d'ouvrages bois (ossature et bois massif) grandeur nature sont présentés. Par ailleurs, en vue de se rapprocher des jonctions réelles du bâtiment, des méthodes numériques de couplage incluant des effets locaux de dissipation sont développées. Une méthode hybride est présentée. Un modèle numérique de la maquette en bois massif, basé sur la méthode des éléments-finis, est créé. L'utilisation de cette méthode est justifiée de par la prépondérance des comportements modaux aux basses fréquences. Ce modèle intègre la méthode hybride en vue d'obtenir un couplage souple entre les parois, par opposition au couplage classique rigide des éléments-finis. Les résultats d'un processus de recalage portant sur les propriétés des parois et des jonctions ainsi que sur le couplage vibro-acoustique sont présentés
Wooden buildings are very sensitive to flanking transmissions, vibrations and low frequency sounds, which interferes with their development. The Vibracoubois project, in which this research work is part of, aims to respond to this problem by improving the vibro-acoustic transfers characterization and modelling of these structures. This research work mainly focuses on expanding the experimental and the numerical scope of the study to an entire structure made of coupled walls and air cavities. The junctions, considered critical for the vibration propagation in these buildings, are placed at the center of this work. First, an experimental protocol is presented. It allows to measure both the vibro-acoustic behaviour of laboratory and real structures. The results of test campaigns run on two full-scale experimental mock-ups (timber frame and CLT) are then presented. Secondly, numerical coupling methods that include local dissipation effects are developed, in order to get closer to real junctions behaviour. A hybrid coupling method is presented. A numerical model of the CLT mock-up, based on the finite-elements method, is then created. The use of this method is justified because of the strong modal behaviour of these structures at low frequencies. This model implements the hybrid coupling method in order to create flexible junctions, as opposed to the classic rigid coupling of the finite-elements. Based on the CLT mock-up experimental measurements, the results of an adjustment process of the wall and the junction properties used in the numerical model is finally presented

L'utilisation de systèmes légers non linéaires permet de réaliser le contrôle vibratoire de structures subissant des oscillations non acceptables en termes de confort pour l'usager ou de sécurité de l'ouvrage. L'étude des puits d'énergie non linéaires, ou « Nonlinear Energy Sinks » (NES), a notamment fait l'objet de nombreuses recherches depuis le début des années 2000. Sa non-linéarité lui confère des capacités de pompage énergétique large bande, c'est-à-dire pour un large intervalle de fréquences de sollicitation, ce qui représente un avantage significatif en comparaison des absorbeurs comme l'amortisseur à masse accordée. Le but de ce manuscrit est d'étudier le couplage de chaîne d'oscillateurs non linéaires à des systèmes dynamiques linéaires soumis à des sollicitations harmoniques et d'analyser d'une part le comportement global du système, et d'autre part les potentialités de contrôle passif de telles chaînes. Une méthodologie analytique générale est présentée, puis appliquée à des exemples où des absorbeurs à non-linéarités cubiques à un, puis à N degrés de liberté sont attachés à un oscillateur linéaire. Une variation de cette méthodologie adoptant une vision continue de la chaîne est ensuite proposée. Enfin, un dispositif expérimental étudie le comportement d'un modèle réduit de bâtiment à un étage couplé à une chaîne de huit oscillateurs non linéaires
Nonlinear light oscillators can be used for performing vibratory passive control of structures undergoing unacceptable oscillations in terms of comfort and safety. The study of Nonlinear Energy Sinks (NES) has been especially subject to an important research effort since the beginning of the 2000s. Its essential nonlinearity enables it to achieve large-band energy pumping, which is a significant advantage in comparison with classical Tuned Mass Dampers. In this manuscript, nonlinear chains of oscillators coupled to linear systems under harmonic excitation are studied. The main goal is to understand the behavior of the whole system and find evidence of passive control abilities of such chains. First of all, a general analytical methodology is presented and applied to examples where single and multi-degree-of-freedom absorbers with cubic nonlinearities are linked to a linear oscillator. A modification of this approach by considering the chain in the form of a continuous approximation is then proposed. Finally, an experimental device composed of a single storey reduced-scale building coupled to a chain of eight nonlinear oscillators is investigated

Nous présentons dans cette thèse une modélisation du contact unilatéral entre coques soudées en dynamique et donnons des informations qualitatives sur l'influence de ces phénomènes sur la réponse en fréquence des structures. Notre objectif est une meilleure compréhension des mécanismes de transmission des vibrations et des bruits dans les voitures. Le modèle de coques minces utilise est celui de Koiter, traité par une formulation mixte proposée par Ph. Destuynder et M. Salaun. Les soudures sont représentées comme des corps rigides. Le contact unilatéral, suppose sans frottement, est pris en compte par une méthode de dualité permettant d'éviter l'interpénétration des sous-structures nœud à nœud, le multiplicateur de Lagrange représentant l'effort de contact normal. Comme le phénomène est non linéaire, nous effectuons une résolution des équations dans le domaine temporel, suivie d'une analyse de Fourier. Les équations du contact sont résolues par un algorithme de points intérieurs très efficace du AJ. Herskovits, dans le cadre d'une intégration en temps par la méthode de Neuwmark. On présente également différentes formes d'excitations large bande permettant d'obtenir la réponse de la structure dans une gamme de fréquences donnée, et en particulier la technique du MLS. Divers outils de traitement du signal sont également adaptés ou construits en vue de l'interprétation quantitative des résultats ; un panorama rapide de quelques éléments de psycho-acoustique permet, quant à lui, d'obtenir des conclusions qualitatives en termes de gène auditive. L'implémentation des modèles est faite dans le code éléments finis Héraclès, qui est valide en statique et en dynamique sur des cas simples et sur des pièces industrielles. Nous observons alors que le contact unilatéral modifie de façon importante le spectre de réponse: renforcement de certaines composantes fréquentielles, création de nouvelles fréquences, apparition de bruit large bande, et modulations d'amplitudes de certaines fréquences, ce qui est gênant pour l'oreille

Le but de ce travail de thèse a été de concevoir et de mettre au point un outil de simulation numérique permettant d'étudier et de prévoir le comportement vibratoire de structures complexes du type mécano-soudées, constituées de plaques pliées et assemblées. La méthode des éléments de frontière classique a été modifiée pour permettre une description simple et précise de la structure: 1) le modèle numérique est très proche d'une conception issue de la CAO, 2) la géométrie considérée n'est jamais approchée par une quelconque discrétisation (seules les variables de frontière le sont). La formulation mixte utilisée garantit l'équilibre des efforts localement au niveau des jonctions et globalement, sur l'ensemble de la structure. Le domaine restant continu, toutes les variables y compris les contraintes sont continues et régulières en tout point de ce domaine. Nous avons démontré que cette méthode assure une convergence très rapide des résultats, ceux-ci étant suffisamment précis, même avec un maillage grossier des variables de frontière. Cette propriété est très importante dans le cas de structures de grande taille, pour lesquelles un maillage fin entraine un modèle numérique très complexe

On définit ici la "mobilité énergétique" : elle relie la puissance active injectée sur une bande de fréquences en un point d'une structure au niveau carré de la vitesse vibratoire obtenue en un autre point. On l'utilise sur une structure isolée pour définir une "additivité énergétique" d'injections simultanées de puissance active pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande. On l'utilise sur un assemblage, avec des "facteurs de connexion", pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande après couplage en fonction de ceux des sous-structures avant couplage. On remarque que la mobilité énergétique entre deux points non couplés change peu après couplage et que la mobilité énergétique est asymptotiquement invariante si au point excité on ajoute une masse concentrée. On définit aussi le concept de "sources de puissance active" par bande de fréquence et on souligne ses avantages. L'approche par mobilités moyennes énergétiques (EMMA) permet d'effectuer des calculs énergétiques prédictifs approchés et locaux avec uniquement des quantités moyennées par bande de fréquence. Suivent des simulations d'assemblages multipoint (rigides ou élastiques et dissipatifs) de plaques homogènes et hétérogènes, avec l'étude des différentes erreurs de méthode et une application expérimentale sur des assemblages de plaques et de cylindres.

Cette étude porte sur la simulation dynamique de structures présentant des interfaces non linéaires et plus particulièrement sur le développement de diverses extensions à la méthode de balance harmonique. Cette méthode, qui permet le calcul de réponses vibratoires stationnaires, est basée sur l'approximation en série de Fourier tronquée de la réponse. En fonction de caractère plus ou moins non linéaire de la réponse, le nombre d'harmoniques à retenir pour approcher de façon satisfaisante la réponse peut être important et varier fortement sur l'ensemble de la plage de fréquence de simulation. Un des objectifs principaux de cette recherche a été de proposer une stratégie de calcul qui permette d'adapter le nombre d'harmoniques à chaque fréquence. Dans l'optique d'approcher le mouvement global de la structure, la méthodologie proposée se base sur le suivi de l'énergie de déformation du système en fonction de la richesse du contenu fréquentiel. La formulation développée reste simple à calculer et compatible avec les étapes de condensation interne à la méthode de balance harmonique. L'extension de cette technique au calcul de réponses quasi-stationnaires est en outre possible en redéfinissant les stratégies de choix des harmoniques à retenir. Parallèlement à ce but principal, la présence de variables internes dans les modèles non linéaires d'interface (modèle de frottement par exemple) a été prise en compte dans la formulation des équations de la balance harmonique adaptative. Ces méthodes spécifiques ont ensuite été mises en oeuvre sur des modèles numériques de structures aéronautiques. Un isolateur d'équipement utilisant un matériau viscoélastique non linéaire a ainsi pu être simulé. Ensuite, la méthode de balance harmonique adaptative a pu être appliquée à l'étude des effets dynamiques non linéaires observée sur les structures boulonnées. Enfin, le calcul de réponses quasi périodiques s'est effectué sur un tronçon de lanceur intégrant des amortisseurs à frottement sec.

Ce mémoire présente les travaux de thèse visant à étudier le comportement parasismique des éléments de murs à ossature en bois aux travers d’approches expérimentales et du développement d’une méthodologie d’application de méthodes basées sur la performance sismique. Les approches expérimentales sont constituées de trois campagnes d’essais : (1) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle d’assemblages agrafés et pointés, (2) une série d’essais monotones et cycliques à l’échelle de l’élément de mur à ossature en bois et (3) une série d’essais dynamiques sur table vibrante. La base de données constituée par les résultats d’essais permet alors l’examen des propriétés de résistance et de raideur des éléments de murs suivant les conditions de sollicitation (vitesse d’essai, chargement vertical). Le développement d’une modélisation à l’échelle macro du comportement cyclique et dynamique de tels éléments est également proposé à l’aide de modèles de loi de comportement hystérétiques. Une méthodologie d’application aux structures à ossature bois de méthodes basées sur la performance sismique (méthode N2 et MPA) ainsi qu’une analyse de vulnérabilité - construction de courbes de fragilité - à l’aide de la méthode N2 sont proposées
This thesis presents a study of the seismic behavior of light timber frame walls with stapled and nailed sheathings through experimental approaches and the development of a methodology for the application of seismic performance-based methods. The experimental approaches consist of three test campaigns: (1) a series of static tests on stapled and nailed connections, (2) a series of static tests performed on light timber frame walls and (3) a series of dynamic tests performed on light timber frame walls on a vibrating table. The database consists of these test results then allows the examination of strength and stiffness properties of the wall elements according to the stress conditions (strain rate, vertical load). The development of a macro-scale modeling of the cyclic and dynamic behavior of such elements is also proposed using constitutive law models. A framework of the application to light timber frame structures of seismic performance-based methods based (N2 method and MPA method) and a vulnerability analysis - fragility curves - using the N2 method are proposed