L’objectif du travail était l’analyse et la description mathématique de phénomènes de dissipation et d’absorption d’énergie produits dans les amortisseurs magnétorhéologiques dans les conditions de charges cycliques, la détermination de l’influence des paramètres de contrôle, de construction et d’exploitation et le développement des procédures permettant d’optimiser le fonctionnement du dispositif. Les essais expérimentaux réalisés ont permis d’étudier l’efficacité de l’amortisseur magnétorhéologique en fonction des paramètres fondamentaux tels que la taille de l’entrefer permettant le passage de fluide entre les chambres d’amortisseur, l’intensité du courant passant par le bobinage et la vitesse d’oscillation des sollicitations cinématiques appliquées. La simulation du fonctionnement de l’amortisseur a été réalisée à l’aide des modèles rhéologiques de Bouc-Wen et de Gamot-Filisko modifié et les résultats de deux approches ont été comparés quantitativement et qualificativement. Afin d’identifier les paramètres du modèle, la méthode d’optimisation du recuit simulé a été appliquée. La variation des paramètres identifiés du modèle rhéologique a été représentée graphiquement sous la forme des surfaces de changements. L’extrapolation des surfaces a permis d’étendre le domaine de recherche des solutions au delà de la plage des résultats disponibles expérimentalement. Les configurations caractéristiques des isolignes des paramètres ont été remarquées. Sur cette base une méthode d’analyse et de choix de paramètres du modèle a été formulée. La méthodologie proposée peut être utile à l’étape de conception, évaluation et optimisation des paramètres de fonctionnement des dispositifs à fluide magnétorhéologique / The purpose of this work was the analysis and the mathematical description of energy absorption and dissipation processes in magnetorheological shock absorbers submitted to cyclic loading. The influence of control, construction and exploitation parameters, and the development of procedures allowing the optimization of the device operation have been investigated. Conducted experiments allowed to determine the performance of a magnetorheological damper as a function of basic parameters such as the crevice size inside the damper’s piston head, the electric current intensity in the magnetic coil and the oscillation speed of forced kinematical input motion function. The computer simulation of the damper’s operation has been carried out with the use of two rheological models: of Bouc-Wen and a modified version of simplified Gamot-Filisko. Results of both approaches have been compared in terms of quantity and quality. In order to identify the parameters of the model, the simulated annealing optimization method has been applied. The changes of identified parameters of the rheological model have been presented graphically as surfaces of variation. The extrapolation of these surfaces allowed extending the domain of searched solutions beyond the available range of experimental results. Characteristic izolines’ configurations of model variables have been observed. Basing on this observation, a method of analysis and a way of parameters selection have been presented. The proposed methodology can be useful during design process, comparison and optimization of magnetorheological fluid device operation parameters

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 janvier 2024) / Cette thèse examine les performances sismiques des amortisseurs hybrides à fente parallèle-rotative. Ces amortisseurs sont des composants structurels innovants utilisés pour atténuer les forces sismiques dans les bâtiments et les infrastructures. Le principal objectif de cette recherche est d'évaluer comment les caractéristiques des amortisseurs peuvent améliorer les performances des ossatures résistantes aux moments en acier lorsqu'elles sont exposées à des conditions de chargement sismique. Par le biais d'une investigation analytique, le comportement sismique, les capacités de dissipation d'énergie, et la réponse structurelle globale des amortisseurs hybrides à fente parallèle-rotative sont minutieusement examinés. Les résultats de cette investigation contribuent à la compréhension du comportement des amortisseurs et offrent des perspectives pour leur application pratique dans la conception sismorésistante. Pour y parvenir, une étude paramétrique a d'abord été menée pour évaluer l'efficacité des conceptions de fentes sur le comportement cyclique et pour évaluer l'influence du changement des propriétés de l'amortisseur. En effet, 12 conceptions d'amortisseurs ont été développées et simulées dans ABAQUS, en tenant compte de variables telles que l'épaisseur, la forme et le type de matériau de la plaque à fente. Par la suite, l'emplacement idéal pour l'installation des amortisseurs développés le long de la portée de la poutre a été identifié afin d'optimiser leur efficacité. Dans la dernière étape, des analyses non linéaires ont été utilisées pour comparer les performances sismiques des ossatures équipées des amortisseurs à une ossature résistante aux moments en acier conventionnelle, en se concentrant sur le déplacement latéral, la force de cisaillement à la base, et l'accélération. Les résultats de l'étude ont montré que l'amortisseur en matériau d'acier surpasse le matériau d'aluminium pour toutes les épaisseurs, indépendamment de la forme de l'amortisseur adoptée. Les modèles en acier ont montré une dissipation d'énergie, une rigidité initiale, et une capacité de force maximale supérieures par rapport aux modèles en aluminium. La dissipation d'énergie et la rigidité initiale ont montré une baisse lorsque le matériau de la plaque à fente a été changé de l'acier à l'aluminium. Évidemment, l'ossature en acier équipée d'un amortisseur à fente en acier montre une tendance à la hausse dans la force de cisaillement maximale à la base qui est environ 15 percent supérieure à celle des ossatures traditionnelles sans amortisseur. / This thesis examines the seismic performance of hybrid parallel slit-rotational dampers. These dampers are innovative structural components used to mitigate seismic forces in buildings and infrastructure. The main aim of this research is to assess how the characteristics of the dampers can improve the performance of steel moment resisting frames when exposed to seismic loading conditions. Through analytical investigation, the seismic behavior, energy dissipation capabilities, and overall structural response of hybrid parallel slit-rotational dampers are thoroughly examined. The outcomes of this investigation contribute to the comprehension of damper behavior and offer insights for their practical application in seismic-resistant design. To achieve this, first, a parametric study investigated the effectiveness of slit designs on cyclic behavior and evaluated the influence of changing damper properties. Effectively, 12-damper designs were developed and simulated in ABAQUS, considering variables such as thickness, shape, and material type in slit plate. Subsequently, the ideal placement for installing the developed dampers along the beam span was identified in order to optimize their effectiveness. In the last step, nonlinear analyses were utilized to compare the seismic performance of the frames equipped with the dampers with a conventional moment-resisting steel frame, focusing on the drift, base shear force, and acceleration. The results of the study demonstrated that damper with steel material outperforms aluminum material for all thicknesses irrespective of the shape of the damper adopted. Steel models demonstrated superior energy dissipation, initial stiffness, and maximum force capacity compared to aluminum models. The energy dissipation and initial stiffness showed a decline when the material of slit plate was changed from steel to aluminum. Obviously, the steel moment frame equipped with a steel slit damper shows an increase trend in max base shear that is approximately 15 percent more than with traditional moment frames without damper.

Le mémoire de maîtrise présente la dynamique de rotor d’une microturbine à gaz à configuration renversée permettant l’intégration de pales en céramique. Cette configuration permet d’utiliser des pales de turbine complètement en céramique car elles sont retenues en compression de l’extérieur par un anneau en composite qui est en rotation. Par contre, la configuration renversée nécessite une nouvelle conception de moyeu de turbine. En effet, l’anneau en composite est loin de l'axe de rotation. Par conséquent, il se dilate beaucoup dus aux efforts centrifuges ce qui entraîne un grand déplacement des pales. L’idée est donc de faire un moyeu flexible qui vient suivre le déplacement des pales pour appliquer une pression en dessous de ceux-ci, afin de les tenir en place par friction. La dynamique de rotor avec moyeu flexible est très peu documentée dans la littérature. Le projet de recherche consiste en la compréhension de la dynamique d’un moyeu flexible pour cibler les paramètres intervenant dans la vibration d’une turbine renversée. La recherche se fera via la conception d’un prototype permettant d’étudier l’effet de la flexibilité pour un concept donné. L’analyse de dynamique de rotor avec moyeu flexible est faite avec un modèle par éléments finis linéaire. Malgré le fait que des non-linéarités peuvent provenir des roulements à billes supportés par des films amortisseurs, un type de roulements couramment utilisé pour supporter des turbocompresseurs, il est démontré qu’un modèle linéarisé capte plutôt bien les tendances mesurées. Le but de ce projet est de déceler les paramètres problématiques d’un moyeu flexible et de découvrir les paramètres permettant une bonne dynamique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Le présent mémoire fait état des travaux visant à améliorer les performances des amortisseurs hydrauliques ajustables utilisés sur des fauteuils-ski. Une étude de la documentation scientifique sur les phénomènes régissant le comportement des amortisseurs hydrauliques est d'abord effectuée. Un modèle d'amortisseur nominal est ensuite élaboré à l'aide d'équations hydrauliques simples afin de prédire l'effet des ajustements sur la courbe force-vitesse d'un spécimen fabriqué par la compagnie Elka. Des essais expérimentaux sont effectués sur l'amortisseur Elka modélisé, et les courbes mesurées sont comparées avec les courbes nominales. Afin d'expliquer les différences observées, l'effet d'autres paramètres, dont la température et la présence d'éléments élastiques, est étudié à l'aide d'une simulation numérique basée sur une modélisation bond graph.

Le problème posé dans cette thèse est de déterminer l'instrumentation permettant à un algorithme de filtrage d'estimer en temps réel, les états dynamiques d'un véhicule automobile. Ces états correspondent aux vitesses verticales de chaque coin du véhicule, des roues ainsi que les vitesses et déplacements relatifs du véhicule par rapport aux roues et des roues par rapport au sol. Ces états sont ensuite exploités par des systèmes de suspensions pilotées. Dans une première partie, il a été nécessaire de modéliser le véhicule à l'aide des équations de la mécanique en tenant compte de toutes les situations du véhicule. Dans cette partie, des simplifications ont été réalisées pour permettre l'exploitation des algorithmes par des calculateurs peu coûteux, adaptés économiquement à l'industrie automobile. Enfin, nous avons recalé les paramètres du modèle sur un véhicule prototype en exploitant des données expérimentales. Dans une seconde partie, nous avons réalisé des algorithmes de filtrage basés sur trois configurations de capteurs. Un premier faisant intervenir uniquement les capteurs de déplacement relatif des suspensions. Un second intégrant en plus des capteurs précédents, un accéléromètre positionné sur chaque coin du véhicule. Un troisième utilisant cette fois des accéléromètres positionnés sur chacune des roues. Cette étude nous à amené à exprimer différemment les variables du modèle et décomposer le modèle véhicule en quatre sous-systèmes, un par coin, en y associant pour chacun d'entre eux un algorithme d'estimation propre. Enfin, nous avons testé chaque algorithme en simulation à partir de mesures effectuées sur véhicule. Cette étape nous a permis de quantifier les performances de chaque configuration. Les résultats ont montré que la configuration 3 avec accéléromètres sur les roues est la solution la plus performante en vue d'une application par des systèmes de suspensions contrôlées. L'intérêt de ce travail réside essentiellement dans le fait qu'il est possible de réaliser en temps réel, un filtre de Kalman étendu en exploitant les calculateurs disponibles. Par ailleurs ce filtre montre également qu'il est préférable de privilégier des accéléromètres positionnés sur chacune des roues plutôt que sur chaque coin du véhicule.

Les vibrations éoliennes sont la cause principale de bris de conducteurs en fatigue des lignes aériennes de transport d'énergie électrique. Ces vibrations sont dues à des détachements tourbillonnaires produits dans le sillage du conducteur. Une méthode commune de réduction des vibrations est l'ajout d'amortisseurs de vibrations près des pinces de suspension. Contrairement aux essais en ligne expérimentale, la modélisation numérique permet d'évaluer rapidement et à faible coût la performance d'un amortisseur de vibration sur une portée de ligne aérienne. La technologie la plus fréquemment utilisée fait appel au principe de balance d'énergie (PBE) en évaluant le niveau de vibrations pour lequel la puissance injectée par le vent est égale à la puissance dissipée par le conducteur et l'amortisseur. Les méthodes actuelles pour la prédiction des vibrations reposent sur des hypothèses simplificatrices quant à la modélisation de l'interaction conducteur-amortisseur. Une approche prometteuse pour la prédiction des vibrations est l'utilisation d'un modèle numérique temporel non linéaire qui permet de mieux représenter la masse, la géométrie, la rigidité et l'amortissement du système. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer un modèle numérique avec intégration temporelle directe d'un conducteur et d'un amortisseur en vibration permettant de reproduire le comportement dynamique du système pour la gamme de fréquence et d'amplitude typique des vibrations éoliennes des conducteurs. Un modèle par éléments finis d'un conducteur seul en vibration résolu par intégration temporelle directe a d'abord été développé en considérant une rigidité de flexion variable. Comme une rigidité de flexion constante et égale à 50% de la rigidité de flexion maximale théorique ( EImax ) est jugée adéquate pour la modélisation du conducteur, c'est cette valeur qui a été utilisée pour la suite du projet. Ensuite, des modèles non-linéaires pour deux types d'amortisseur de vibrations (Stockbridge et Hydro-Québec) ont été développés. Ces modèles reproduisent adéquatement le comportement dynamique des amortisseurs pour une grande gamme de fréquences et d'amplitudes de déplacement. Finalement, les modèles d'amortisseur ont été intégrés au modèle de conducteur et uil nouvel outil de prédiction de vibrations éoliennes basé sur le principe de balance d'énergie (PBE) a été développé. Celui-ci permet de bien reproduire des àmplitudes de vibration mesurées sur une ligne expérimentale, en particulier dans la gamme 8 à 35 Hz. À plus long terme, un tel modèle pourrait servir de point de départ vers une modélisation temporelle complète du phénomène de vibrations éoliennes des conducteurs incluant l'excitation éolienne, l'auto-amortissement des conducteurs et des conditions limites réalistes pour les lignes aériennes.

Les travaux de recherche présentésdans cette thèse ont été effectués dans le cadred'une collaboration entre Leroy Somer et lelaboratoire de génie électrique et électronique deParis (GeePs). Ils ont pour objectif lessimulations des phénomènes observés en modetransitoire des machines électriques. Cessimulations sont particulièrement orientées parles nouvelles exigences issues du Grid Code pourles alternateurs connectés au réseau.Principalement, deux types de modèles ont étédéveloppés. Le premier se base sur unereprésentation de l’état magnétique de lamachine où chaque flux est exprimé en fonctiondes courants des différentes bobines. Le secondmodèle regroupe les courants en utilisant descourants magnétisants sur les axes d et q associésà des coefficients de saturation pour chaque fluxet simplifie la représentation magnétique,notamment pour la prise encompte du circuit amortisseur. Avec unemodélisation suffisamment précise ducomportement magnétique non linéaire de lamachine, ils permettent de mieux prédire lescourants et le couple électromagnétique lors desdéfauts tels que les creux de tension. Les travauxeffectués présentés dans ce mémoire ont permis,en partant des descriptions des saturationstrouvées dans une machine, de définir desméthodes pour incorporer la saturation dans lesmodèles de type circuit et finalement d’aboutirau choix du modèle non-linéaire pour unemachine électrique donnée. Grâce à un temps decalcul réduit, ils ont aussi conduit à l'intégrationsous Simulink de modèles de la machine et dusystème d'entrainement pour la réalisationd'études de stabilité et pour créer unenvironnement de mise au point de la commandedu système. / The research presented in this thesiswas carried out in the research and developmentproject between Leroy Somer and the Group ofElectrical Engineering of Paris (GeePs). Theirobjective is to simulate the phenomena observedin the transient states of electrical machines.These simulations are particularly oriented bythe new Grid Code requirements for alternatorsconnected to the power network. Two types ofmodels have been principally developed. Thefirst one is based on a magnetic description ofthe machine where each flux is expressed as afunction of the currents flowing through thedifferent machine windings. The second oneregroups the different winding currents by usingthe magnetizing currents on axes d and qassociated to saturation coefficients for eachflux linkage and simplifies the magneticdescription, especially when taking into accountthe damper windings. With a sufficiently precisemodelling of the non-linear magnetic behaviourof the machine, it is possible to better predict thecurrents and the electromagnetic torque underfault conditions such as voltage drops. The workcarried out in this thesis has made possible,starting from the descriptions of the saturationeffects found in a machine, to define methodsfor incorporating saturation into circuit models.Finally, one can make a choice of the dynamicnon-linear model for a given machine. Thanks toshort computation time, it also led to theSimulink integration of the machine andexcitation system models paving the way forstability and control studies.

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation, la commande et l'estimation de suspensions automobiles semi-actives, dans un contexte industriel. La contribution principale concerne le développement d'une méthodologie de synthèse d'observateurs et de contrôleurs adaptés aux suspensions semi-actives. Fondée sur un observateur, un contrôleur principal et quatre contrôleurs locaux, la stratégie de commande permet d'améliorer le confort et la tenue de route du véhicule. La méthode de synthèse Hinfinity appliquée aux systèmes Linéaires à Paramètres Variants (LPV) est utilisée pour la commande des amortisseurs, permettant ainsi de prendre en compte leurs non linéarités dans la synthèse. Différents résultats de simulation et expérimentaux sont présentés pour valider l'observateur et les lois de commande.

Le travail présenté dans cette thèse a pour objet l'isolation vibratoire entre 5 et 100 Hz d'une charge utile durant les 150 premières secondes de son lancement, par contrôle semi-actif d'amortisseurs magnéto-rhéologiques. L'isolateur envisagé est une interface souple dont les modes, compris entre 2 et 7 Hz, sont amortis par le dispositif à amortissement contrôlable. Dans un premier temps, afin de réaliser des simulations de contrôle semi-actif réalistes, un modèle de l'amortisseur magnéto-rhéologique utilisé est identifié à partir des mesures de l'effort et de la vitesse du piston. Puis on étudie l'isolateur semi-actif à 1 degré de liberté, à la fois par simulations et expérimentalement. On s'intéresse en particulier au contrôleur skyhook damper et à ses performances d'isolation haute fréquence et d'amortissement basse fréquence pour différents types d'excitations large bande, performances qui sont systématiquement comparées à celles de l'isolateur passif optimal. On présente ensuite une étude originale qui concerne un isolateur semi-actif à 6 degrés de liberté, basé sur la plateforme de Stewart, dont un démonstrateur expérimental a été développé et testé. On détaille en particulier les résultats du contrôle par Integral Force Feedback semi-actif pour les excitations lanceur reproduites expérimentalement. Enfin, l'étude est étendue à la configuration échelle 1 pour laquelle on envisage les performances de confort et de sécurité de l'isolateur. On considère en particulier un cas d'excitation transitoire latérale, la rafale de vent, pour laquelle on développe un contrôleur on-off à seuil de déclenchement, lequel semble également efficace pour l'isolation vibratoire. L'isolateur semi-actif ainsi obtenu semble présenter de meilleures performances qu'un isolateur passif stationnaire, tout en étant conforme aux contraintes propres à l'environnement lanceur.

Ce travail de thèse a pour objet d’analyser le processus de dissipation d’énergie dans les amortisseurs par milieux granulaires. Des études de nature expérimentale, analytique et numérique ont été menées afin de pouvoir détecter les paramètres clefs agissant sur la dissipation; un modèle expérimental minimal a été présenté en premier lieu afin de mettre en évidence l’efficacité des milieux granulaire en tant qu’amortisseurs de vibrations. Un second modèle expérimental plus élaboré a été développé, avec de multiples protocoles expérimentaux, pour mener une étude paramétrique et détecter leurs impacts sur l’évolution du facteur de perte du système. On montre que le coefficient de perte ne dépend pas du matériau des particules ou leur nombre, mais dépend fortement de la masse totale des grains embarqués et sur l’amplitude du signal vibrant. Nos mesures montrent aussi la contribution de l'écoulement visqueux de l'air entourant les grains au facteur de perte globale des amortisseurs.La partie analytique à son tour a permis de retrouver le comportement obtenu expérimentalement par le billet du développement des équations du mouvement du système, celle des énergie cinétique et énergie dissipée afin de proposer enfin une équation maitresse qui décrit l’évolution du facteur de perte réduit au sein de notre système. Pour atteindre une plus grande précision, une modélisation du système granulaire par la méthode des éléments discrets (DEM) a permis de retrouver les mêmes conclusions et ainsi valider les constatations expérimentales et le modèle analytique proposé. / This thesis aims to analyze the process of energy dissipation in particle dampersExperimental, analytical and numerical studies have been conducted in order to identify key parameters influencing the dissipation; minimal experimental model was introduced first to highlight the efficiency of granular media as shock absorbers of vibrations. A second more sophisticated experimental model was developed, with multiple experimental protocols, to conduct a parametric study and detect their impact on the evolution of the system loss factor. It is shown that the loss coefficient is independent of the particle material or their number, but depends strongly on the total mass of embedded grains and on the amplitude of the vibrating signal. Our measurements also show the contribution of viscous flow of the air surrounding the grains to the overall loss factor.The analytical part in turn led to the discovery The behaviour obtained experimentally by the development of the equations of motion of the system, that of kinetic energy dissipated and energy to finally offer a mistress equation which describes the evolution of the loss factor reduced within our system. To achieve greater accuracy, a model of the granular system by the discrete element method (DEM) allowed to find the same conclusions and thus validate the experimental findings and the proposed analytical model.