Academic literature on the topic 'Atténuation de vibration'

Les vibrations induites par l'écoulement subies par des surfaces portantes navales peuvent entraîner des bruits acoustiques et une fatigue structurelle précoce. Une étude expérimentale de ces vibrations a été menée afin 1) d'étudier le couplage fluide-structure de surfaces portantes allongées sous excitation fluide soumises à un plus grand nombre de degrés de liberté et 2) de concevoir un dispositif efficace d'atténuation des vibrations consistant en un shunt piézoélectrique résonnant passif. Les structures étudiées consistent en une plaque plane de section rectangulaire en aluminium de rapport corde/épaisseur de 16,7 et en un hydrofoil tronqué en aluminium de type NACA 66-306 d'un rapport corde/épaisseur de 13,9. Diverses vitesses d'écoulement, associées à des nombres de Reynolds basés sur la corde compris entre 250000 et 950000, ont été analysées à zéro degré d'incidence dans le tunnel hydrodynamique de l'Institut de Recherche de l'École Navale (IRENav). La vitesse de vibration des deux structures a été évaluée par vibrométrie laser. Le sillage a été caractérisé par vélocimétrie d’image de particule et analysé par étude statistique de l'écoulement moyen et par décomposition orthogonale propre. La dynamique des tourbillons de Karman a été analysée à l'aide d'un algorithme de détection des tourbillons.. L'analyse de la réponse vibratoire à différentes vitesses d'écoulement a mis en évidence trois régimes de vibration distincts, à savoir l'absence de résonance, la résonance sans accrochage et la résonance avec accrochage avec le premier mode de torsion. Pour la plaque plane, deux sources d'excitation coexistent : 1) l'instabilité de bord de fuite et 2) l'instabilité de cisaillement qui se traduit par deux modes de lâché tourbillonnaire. Le régime de résonance avec accrochage est caractérisé par une augmentation de la contribution à l’énergie cinétique turbulente total du lâché tourbillonnaire primaire de Karman et de sa première harmonique, en accord avec une augmentation de la traînée. Un dispositif innovant consistant en un shunt résonnant passif connecté à un patch piézoélectrique intégré à la surface de l'hydrofoil a été mis en œuvre. Les vibrations de type torsion ont été atténuées à une vitesse d'écoulement nulle dans l'air et dans l'eau et à différentes vitesses d'écoulement dans l'eau. Deux types de shunts piézoélectriques résonnants passifs ont été testés : le shunt avec inducteur bobiné et le shunt à inducteur synthétique. Le shunt avec inducteur bobiné a démontré un niveau d'atténuation des vibrations de 18 dB de l'amplitude maximale des vibrations du mode de torsion lorsque l'hydrofoil est immergé dans l'eau à une vitesse d'écoulement nulle. Le shunt à inducteur synthétique a été testé à une vitesse d'écoulement nulle et a permis d'atténuer les vibrations de 31 dB dans l'air et de 21 dB dans l'eau. En plus de l'étude expérimentale, un modèle numérique de l'hydrofoil équipé d'un transducteur piézoélectrique a été mis en œuvre avec COMSOL Multiphysics. Le shunt à inducteur bobiné est adapté aux vibrations de grande amplitude et a été testé sous écoulement. Différents régimes de vibration ont été identifiés : absence de résonance, résonance et accrochage avec le premier mode de torsion. Pour cette configuration, la valeur efficace du signal de vitesse de vibration a été réduite par le shunt de 62 % à l’accrochage. Sous accrochage, le lâché tourbillonnaire de Karman est moins corrélé en phase et un contenu fréquentiel à large bande est introduit lorsque le shunt est activé. En conclusion, les recherches menées dans le cadre de cette étude ont permis de mieux comprendre les mécanismes vibratoires induits par l'écoulement à l’origine de vibrations de forte amplitude et le shunt piézoélectrique résonnant a démontré sa capacité à réduire ces vibrations
Flow-induced vibrations (FIV) sustained by naval lifting surfaces may lead to acoustic noise and early structural fatigue. An experimental study of the flow induced vibrations sustained by marine lifting surfaces was conducted in order to 1) investigate the fluid-structure coupling of elongated surfaces under flow excitation which may be subjected to a higher number of freedom degrees than short surfaces and to 2) design an efficient vibration mitigation device consisting of a passive resonant piezoelectric shunt. The studied structures consist of a blunt flat aluminium plate of chord-to-thickness ratio 16.7 and a truncated NACA 66-306 aluminium hydrofoil of chord-to-thickness ratio 13.9. Various flow velocities, associated with chord-based Reynolds numbers ranging between 250000 and 950000 were analysed at zero degrees of incidence in the hydrodynamic tunnel of the French Naval Academy Research Institute (IRENav). The vibration velocity of both structures was evaluated using laser vibrometry. The near-wake flow field was characterized by Particle Image Velocimetry (TR-PIV) and analysed by statistical analysis of the mean flow, Proper Orthogonal Decomposition (POD). The dynamics of the Karman vortices were analysed by using a vortex detection algorithm. The analysis of the vibrational response at various flow velocities has highlighted three distinct vibration regimes consisting of no-resonance, lock-off resonance and lock-in resonance with the first twisting mode. For the blunt plate, two excitation sources coexist: 1) the Trailing Edge Vortex Shedding (TEVS) instability and 2) The Impinging Shear Layer (ISL) instability which results in two Karman vortex shedding modes. Of particular interest is the lock-off resonance regime which occurs when the vortex shedding frequency of the secondary Karman mode synchronizes with the twisting mode natural frequency. The lock-in resonance regime is characterized by an increase in the contribution to the total TKE of both the primary Karman vortex shedding and its first harmonic in agreement with an increase of the drag. An innovative setup consisting of a passive resonant shunt connected to a piezoelectric transducer integrated on the truncated hydrofoil surface was implemented. Twisting type vibrations were mitigated at zero flow velocity in air and in water and at various flow velocities in water. Two types of passive resonant piezoelectric shunts were tested: the copper wired inductor shunt and the synthetic inductor shunt. The copper wired inductor shunt has demonstrated a vibration mitigation level of 18 dB of the twisting mode maximal vibration magnitude when the hydrofoil is immersed in water at zero flow velocity. The synthetic inductor shunt was tested at zero flow velocity and provided a vibration mitigation of 31 dB in air and of 21 dB in water. In addition to the experimental study, a numerical model of the hydrofoil embedded with piezoelectric transducer was implemented with COMSOL Multiphysics. The copper wired inductor shunt is well adapted for high magnitude vibrations and was tested under flow conditions. Different vibration regimes consisting of no resonance, resonance and lock-in with the first twisting mode and with the second bending mode were identified. For this configuration, the root mean square value of the vibration velocity signal was reduced by the shunt by 62 % at the lock-in regime. At lock-in, the Karman vortex shedding is less phase correlated and broadband frequency content is introduced when the shunt is activated. In the end, the investigations conducted through this study have offered new insights about the flow-induced vibration mechanisms leading to high magnitude vibrations and the resonant piezoelectric shunt has demonstrated its high capability to reduce these vibrations

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

En raison de leurs grandes longueurs d'onde, les vibrations mécaniques en basses fréquences ne peuvent être facilement réduites dans les structures par l'utilisation de matériaux dissipatifs. Malgré ces difficultés, l'atténuation des vibrations en basses fréquences reste un enjeu important. Pour résoudre ce problème, différents axes de recherche ont été étudiés et ont été mis en application pour stocker et dissiper l'énergie vibratoire comme l'utilisation d'oscillateurs linéaires, composés d'une masse, d'un ressort et d'un amortisseur. Leur fréquence de résonance doit coïncider avec la fréquence de résonance de la structure que l'on veut atténuer. L'utilisation d'absorbeurs se comportant comme des oscillateurs ayant un comportement non linéaire est une alternative intéressante. En effet, grâce à un étalement fréquentiel de la réponse de l'oscillateur, celui-ci permet d'atténuer les vibrations de la structure sur une plus large bande de fréquence que ceux ayant un comportement linéaire, sans avoir de dédoublement de la résonance de la réponse en deux pics. Les travaux présentés ici se placent dans le cadre de la réduction vibratoire, à l'échelle macroscopique, en basses fréquences, pour lesquelles les premiers modes structuraux sont excités. Un absorbeur non linéaire a été conçu, réalisé et analysé expérimentalement, modélisé et identifié expérimentalement pour mettre en évidence le phénomène d'élargissement de la bande de fréquence de la réponse. Les effets de cet absorbeur sur le comportement dynamique d'une poutre console ont ensuite été numériquement étudiés, à partir d'un modèle de poutre couplée à des absorbeurs non linéaires. Un modèle réduit et son solveur stochastique ont été développés dans ce cadre. Les résultats ont exposé le fait que l'absorbeur non linéaire permet une atténuation de la réponse de la poutre, sans le dédoublement de la résonance
Due to their long wavelengths, mechanical vibrations at low frequencies cannot easily be reduced in structures by using dissipative materials. Despite these difficulties, the attenuation of vibration at low frequencies remains an important concern. To solve this problem, several ways of research have been explored and have been applied to vibration energy pumping such as linear oscillators, composed of a mass, a spring, and a damper. Their resonance frequency must coincide with the resonant frequency of the structure that has to be attenuated. The absorbers that are oscillators with a nonlinear behavior constitute an interesting alternative. The response of the nonlinear oscillator allows for obtaining an attenuation of vibration over a broader frequency band than the response of linear oscillator, without splitting the resonance that has to be attenuated into two resonances. The work presented here is in the frame of the vibratory reduction, on a macro-scale, at low frequencies, for which the first structural modes are excited. A nonlinear absorber has been designed, experimentally realized and analyzed, modeled and experimentally identified to highlight the phenomenon of broadening the frequency band of the response. The effects of this absorber on the dynamic behavior of a cantilever beam have been numerically studied, using a model of the beam coupled to nonlinear absorbers. A reduced-model and its stochastic solver have also been developed. The results obtained show that the nonlinear absorber allows for obtaining an attenuation on the beam response, without splitting of the resonance that has to be attenuated

Dans le cadre de la lutte contre les nuisances sonores et vibratoires, cette thèse porte sur la modélisation numérique des structures amorties par dispositifs piézoélectriques shuntés. La première partie du travail concerne la modélisation par éléments finis de structures en vibrations avec des pastilles piézoélectriques shuntées. Dans un premier temps, une formulation éléments finis originale, qui utilise des variables électriques globales (différence de potentiel et charge dans chaque pastille piézoélectrique), est analysée et validée. Dans un second temps, différentes stratégies de réduction de modèle basées sur la méthode de projection modale sont proposées pour résoudre le problème électromécanique discrétisé par éléments finis à moindre coût. La convergence de ces modèles d’ordre réduits est ensuite analysée pour les cas de shunts résistif et résonant. La deuxième partie du travail est consacrée à l’optimisation du système électromécanique, dans le but de maximiser l’amortissement apporté par les dispositifs piézoélectriques shuntés. Pour cela, une procédure d’optimisation topologique, basée sur la méthode SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization method), est développée pour déterminer les géométries et les emplacements optimaux des pastilles piézoélectriques. Cette procédure permet de maximiser le coefficient de couplage électromécanique modal entre les éléments piézoélectriques et la structure hôte, ceci de façon indépendante du choix des composants du circuit électrique. Les avantages de l’approche proposée sont mis en avant à travers un exemple de validation et un cas d'application industrielle. Enfin, la dernière partie du travail propose une approche numérique pour modéliser et optimiser la réduction du rayonnement acoustique de plaques minces dans le domaine des basses fréquences avec des éléments piézoélectriques shuntés. Cette approche est valable pour n’importe quelle plaque mince bafflée et non trouée, indépendamment des conditions aux limites. Un exemple d’application concernant l’atténuation du rayonnent acoustique d’une plaque avec renforts est présenté et analysé
Passive structural vibration and noise reduction by means of shunted piezoelectric patches is addressed in this thesis. The first part of the work concerns the finite element modeling of shunted piezoelectric systems. Firstly, an original finite element formulation, with only a couple of electric variables per piezoelectric patch (the global charge/ voltage), is analyzed and validated. Secondly, several reduced order models based on a normal mode expansion are proposed to solve the electromechanical problem. The convergence of these reduced order models is then analyzed for a resistive and a resonant shunt circuits. In the second part of the work, the concept of topology optimization, based on the Solid Isotropic Material with Penalization method (SIMP), is employed to optimize, in terms of damping efficiency, the geometry of piezoelectric patches as well as their placement on the host elastic structure. The proposed optimization procedure consists of distributing the piezoelectric material in such a way as to maximize the modal electromechanical coupling factor of the mechanical vibration mode to which the shunt is tuned, independently of the choice of electric circuit components. Numerical examples validate and demonstrate the potential of the proposed approach for the design of piezoelectric shunt devices. Finally, the last part of the work concerns the numerical modeling of noise and vibration reduction of thin structures in the low frequency range by using shunted piezoelectric elements. An efficient approach that can be applied to any thin continuous plates in an infinite baffle, independently of the boundary conditions, is proposed. An application example of a thin plate with reinforcements is presented and analyzed

Ce travail, articule autour de trois axes principaux - étude théorique, numérique et expérimentale - concerne la réponse dynamique non linéaire de plaques circulaires métalliques minces face a une sollicitation agressive : la détonation. Ce mode d'explosion est déterministe et le champ de pression engendre, transitoire et de très forte intensité, est fonction de l'espace et du temps. Sous cet impact, la structure évolue rapidement vers les domaines particuliers de la non-livraison géométrique ou de la non-linearite matérielle (plasticité, viscoplasticité). La phase de modélisation numérique fait intervenir différentes formes d'équations du mouvement : théorie de von karman, équations de la membrane, théorie des coques et les lois de comportement anélastiques prises en compte sont celles du solide viscoplastique (loi de perzyna) ou plastique (modèle de Saint-Venant, algorithme de prager). Apres validations, différentes évolutions sont présentées : déformes, déformations ou vitesses de déformations. Les équations utilisées, adaptées à la géométrie du problème et modélisées par la méthode des différences finies, sont résolues de manière explicite, ce qui permet une grande rapidité des calculs. Une campagne expérimentale importante présente, outre la méthodologie et les divers montages expérimentaux, de nombreux exemples d'évolutions dynamiques de plaques minces sous une pression de détonation, qui sont, par la suite, confrontes aux simulations numériques. En tonique, il existe une loi de similitude (loi de hopkinson) qui permet de transposer des essais sur maquettes a des structures de grandes dimensions, ce qui place bien ce travail dans le contexte du milieu industriel. Cette étude, s'inscrivant au sein d'une démarche sécuritaire, permet donc la prise en compte des effets non linéaires et la prédiction du comportement de structures soumises à l'action d'une explosion.

La structure élastique de la Terre est à ce jour relativement bien connue des tomographes, mais la structure anélastique tridimensionnelle reste encore mal contrainte. L'utilisation de la méthode de perturbations HOPT permet de calculer les modes propres d'une Terre élastique 3D, et peut désormais inclure l'effet exact de al rotation etde l'ellipticité de la planète ainsi que la prise en compte d'une structure anélastique 3D. Des sismogrammes synthétiques réalistes en sont alors déduits, mettant en évidence une forte non-linéarité entre les effets élastiques et anélastiques. UN processus d'inversion conjointe reposant sur l'exploration de l'espace des paramètres par la méthode du neighbourhood algorithm est mis en place sur des tests synthétiques. Les résultats encourageants permettent d'envisager d'apporter, en utilisant des données réelles de modes propres de basse fréquence, de nouvelles contraintes sur la structure anélastique de l'ensemble du manteau terrestre
The elastic structure of the Earth is relatively well known to seismologists today, but its three-dimensional anelastic structure is still poorly constraint. Using the HOPT perturbation method, we can compute the normal modes of 3D elastic Earth, with the recent addition of the effect of ratation and ellipticity, and a 3D anelastic structure. These modes are then used to compute realistic synthetic seismograms, that show a strong non-linearity between the influence of elastic and anelastic structures. We perform synthetic tests for a joint inversion of the elastic and anelastic parameters, based on the exploration method of the neighbourhood algorithm. These tests are encouraging and give us hope in bringing new constraints on the anelastic structure of the whole mantle, by using real low frequency normal mode

L’atténuation des bruits gênants dans une automobile est classiquement réalisée par ajustement des caractéristiques mécaniques du véhicule : masse, raideur et amortissement. C’est une approche dite passive. Malheureusement, elle induit un ajout de masse important pour traiter les basses fréquences. Le contrôle actif de bruit (atténuation d’un bruit par superposition d’un contrebruit) est actuellement envisagé comme une solution possible à ce problème. L’objectif de cette thèse est d’évaluer les performances atteignables par cette solution. Un système acoustique étant par essence fortement résonant, sa modélisation sur une large plage de fréquence conduit à des modèles d’ordre élevé, pour l’obtention desquels une méthode d’identification appropriée doit être utilisée. C’est la méthode dessous espaces par approche fréquentielle dans le domaine continu qui a été retenue.La traduction du cahier des charges conduit à un problème de régulation multivariable H1 multi-objectif et multi-modèle avec contrainte de stabilité forte. Par ailleurs, actionneurs et capteurs ne sont pas colocalisés et on ne mesure pas la perturbation à rejeter. La volonté d’évaluer au plus près les performances atteignables justifie la résolution du problème par optimisation non lisse. Cette approche évite tout pessimisme, mais nécessite de par son caractère local une bonne initialisation et une structuration du régulateur parcimonieuse.La méthodologie proposée a été validée en simulation et expérimentalement. Elle permet une évaluation et une comparaison précises des performances atteignables en fonction des contraintes sur les mesures et les moyens d’action disponibles
Classical methods used for noise reduction in cars are based on adjusting the mechanical properties: mass, stiffness and damping. They are qualified as passive and induce significative addition of weight for reducing low frequency noises. Active noise control is seen as a possible solution to achieve low frequency noise attenuation and weight reduction.The goal of this work is to evaluate achievable performances with such solution.Acoustic enclosures are known to be resonant systems of highorder. Obtaining a model of it, therefore requires a suitable identification method. The approach chosen is based on subspace methods. It processes data in the frequency domain for obtaining a continuous time model.The control problem derived from the specifications is a MIMO H1, multi-objective and multi-model problem with a strong stability constraint. Futhermore, actuators and sensors are not-colocated, and no measure of the disturbance is available. In order to precisely evaluate the achievable performances, this problem is solved using non smooth optimization.Such approach ensures the absence of pessimism, but requires an appropriate initialization and a parsimonious controller structure, because it does not ensure convergence toward the global optimum. The proposed methodology was validated in simulation and experimentally. It allows a precise evaluation and comparison of achievable performances according to the constraints on available measures and means of action