Ces travaux de thèse portent sur l’étude expérimentale et numérique des réponses vibratoires non linéaires des structures mécaniques. Les études expérimentales menées au CEA/CESTA montrent que la réponse des structures assemblées à des sollicitations vibratoires est souvent très fortement dépendante du niveau d’excitation. Ces résultats expérimentaux ne peuvent pas être reproduits en simulation avec la méthode de simulation vibratoire linéaire classique. L’objectif de ces travaux est de proposer et de mettre en place des méthodes expérimentales et numériques pour étudier ces réponses non-linéaires. Cet objectif passe par l’étude de maquettes d’essai sujettes aux mêmes phénomènes vibratoires non-linéaire que les objets d’étude industriels du CEA/CESTA. Au niveau expérimental, les développements se basent sur les installations et logiciels industriels. Au niveau simulation, les méthodes de simulation vibratoire non-linéaires et les techniques numériques avancées développées depuis de nombreuses années dans le monde académique sont utilisées dans le contexte industriel du CEA/CESTA. Le premier objet d’étude est une poutre métallique bi-encastrée. Cette structure présente une réponse vibratoire non-linéaire d’origine géométrique. La structure est modélisée avec des conditions aux limites non-idéales et sa réponse vibratoire est simulée par trois méthodes (développement multi- échelles, méthode de balance harmonique et méthode de tir). Ces résultats de simulation sont comparés entre eux et avec l’expérience. La maquette d’étude au cœur de ces travaux de thèse est un assemblage présentant des interfaces frottantes : la maquette ✭✭Harmonie ✮✮. De nombreux essais vibratoires sont réalisés sur cette maquette afin d’identifier ses modes de résonance et ceux de ses composants, d’étudier l’évolution de la réponse vibratoire de l’assemblage due au frottement et enfin de mesurer le mouvement vibratoire local dans la zone de frottement. Un modèle numérique de cette structure est ensuite réalisé. Ce modèle est réduit par une méthode de sous-structuration puis des relations non-linéaires de frottement sont introduites au niveau des liaisons frottantes. La réponse vibratoire non-linéaire du modèle obtenu est simulée grâce à la méthode de balance harmonique couplée à des algorithmes de condensation et de continuation. Des comparaisons essai-calcul sont présentées pour les réponses globales et pour les mouvements locaux des liaisons. / This PhD work deals with the experimental and numerical study of mechanical structures’ nonlinear vibration response. Experimental studies led at the CEA/CESTA show that jointed structures vibration responses are often strongly dependent on the excitation level. These experimental results cannot be simulated using the classical linear vibration simulation method. This work aims at proposing and implementing experimental and numerical methods to study nonlinear responses. This objective involves the study of test structures subject to the same non-linear vibratory phenomena as CEA/CESTA industrial structures. Experimentally, developments are based on industrial facilities and softwares. Numerically, nonlinear vibration simulation methods and advanced numerical techniques that have been developed for many years in academia are applied in the CEA/CESTA industrial context. The first test structure is a clamped-clamped steel beam. This structure has a geometric nonlinear behavior. The structure is modeled with non-ideal boundary conditions and its frequency response is simulated using three different simulation methods (method of multiple scales, the harmonic balance method and a shooting method). These simulation results are compared one with each other and with experimental results. The test structure at the heart of this work is an assembly with friction joints named “Harmony”. Many vibration tests are carried out to identify its resonance modes and those of its components, to study the evolution of the vibration response due to friction and finally to measure the local vibrational movement in the friction zone. A numerical model is then developed. This model is reduced using a substructuring method and then in the friction zone, linear joints are replaced by nonlinear friction models. The nonlinear vibration response of this reduced model is simulated using the harmonic balance method coupled with condensation and continuation algorithms. Test-simulation comparisons are presented both for global responses and for local joints movements.

La surveillance de santé structurale (SHM) a attiré beaucoup d'attention dans de nombreux domaines tels que l'industrie civile, aéronautique, mécanique, etc., car il est important de surveiller l'état de la structure afin d'éviter des défaillances structurelles imprévues. Le processus d'identification des endommagements à quatre niveaux: existence, localisation, sévérité et prédiction de l'évolution des endommagements peut être partiellement réalisé si un propre indicateur est bien choisi. Il existe différents indicateurs d'endommagements dont la gamme d'application de la fréquence s'étend de la réponse vibratoire à basses fréquences aux régimes ultrasoniques dans la gamme méga hertz.Les structures sandwich sont largement utilisées dans diverses applications d'ingénierie en raison de son rapport rigidité / poids exceptionnellement élevé par rapport aux structures monocoques. Dans ce travail, une structure sandwich a été étudiée et des indicateurs basés sur la réponse vibratoire ont été conçus en utilisant ses caractéristiques de directivité de propagation et d'amortissement relativement élevé de la structure. Des investigations numériques sur différents scénarios d'endommagement (càd, différents types d'endommagement et leurs combinaisons) et une discussion associée sur la plage d'application ont d'abord été effectuées. La configuration expérimentale a été facilement réalisée à l'aide d'un vibromètre laser à balayage Doppler (SLDV). L'endommagement a été détecté avec succès par les indicateurs proposés. / Structural health monitoring (SHM) has attracted much attention in many engineering fields like civil, aeronautic, mechanical industry, etc. since it is important to monitor the healthy condition of the operational structure in order to avoid unpredicted structural failure which may have severe consequences. The four-level damage identification process: existence, localization, severity and prediction of damage evolution, can be partly realized if a suitable indicator is chosen. It exists different damage indicators whose application range of frequency spans from vibrational response at low frequencies to the ultrasonic regimes in the mega hertz range.The sandwich structures are widely used in various engineering applications due to its exceptionally high flexural stiffness-to-weight ratio compared to monocoque structures. In this thesis a specified twin-wall sandwich structure in polypropylene was studied and vibration-based indicators were designed by taking use of its relative high damping and propagation directivity characteristics. Numerical investigations on different damage scenarios (i.e., different types of defect and their combinations) and an associated discussion on the range of application were first carried out. Experimental configuration was easily realized with the help of a scanning laser doppler vibrometer (SLDV). Defect was successfully detected by the proposed indicators.