Thèse de doctorat : sciences. Mécanique : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2006. / 160 réf.

Thèse de doctorat : sciences. Mécanique : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. 160 réf.

Reproduction de : Thèse doctorat : Mécanique acoustique : Reims : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f.

Les événements sismiques ont une période de récurrence assez faible, mais, lorsqu'ils surviennent, ils peuvent affecter grandement l'intégrité des structures de génie civil et la sécurité des gens qui les utilisent. Beaucoup de recherche se fait présentement à travers le monde dans le domaine du génie parasismique clans le but de limiter les dommages aux structures dans le cas de l'avènement d'un événement sismique. Les normes de dimensionnement des ponts comprennent de plus en plus de spécifications à cet effet. Pour faire évoluer les normes, il est essentiel d'améliorer la compréhension du comportement des ouvrages soumis à des charges dynamiques. Plusieurs méthodes d'analyse sont recommandées dans la norme canadienne de conception des ponts pour tenter de prédire le comportement des ponts. Il y a entre autres la méthode unimodale, la méthode statique non linéaire (du spectre de capacité) et l'analyse dynamique temporelle. Une propriété importante des structures qui doit. être intégrée dans chacune de ces méthodes est l'amortissement. Toutes les structures dissipent de l'énergie sous forme d'amortissement lorsqu'elles subissent un séisme. Cet amortissement est très souvent mal caractérisé dans les modèles d'éléments finis utilisés pour prédire la réponse des ponts à une excitation dynamique. Lorsqu'une structure évolue dans son domaine linéaire, on représente l'amortissement réel par un amortissement visqueux (qui est proportionnel à la vitesse), appelé amortissement élastique. Une valeur de 5 % de l'amortissement critique est intégrée dans les spectres d'aléa sismique qui sont fournis par la Commission géologique du Canada et utilisés lors du dimensionnement parasismique. Toutefois, selon des mesures effectuées par différents chercheurs, cette valeur d'amortissement serait trop élevée dans le cas des ponts. L'objectif principal de ce projet de recherche est d'évaluer l'influence du taux d'amortissement visqueux élastique des ponts sur les résultats de différents types d'analyses sismiques par le biais d'une étude de cas. Pour ce faire, la caractérisation dynamique d'un pont en béton armé situé à Lennoxville (Québec) a été effectuée à l'aide d'essais sous vibrations ambiantes et forcées. Des taux d'amortissement variant entre 0, 7 % et 2,4 % ont été mesurés, ce qui est inférieur à la valeur communément utilisée de 5 %. Un modèle numérique de la structure utilisant le logiciel Opensees a ensuite été calibré en fonction des résultats de ces essais. Trois méthodes d'analyse sismique ont été utilisées pour comparer la réponse du pont à l'étude à différents tremblements de terre, en variant le taux d'amortissement visqueux élastique entre 1 % et 5 %. Plusieurs autres paramètres ont également été variés dans les analyses. Les résultats permettent de conclure que le choix du taux d'amortissement élastique peut avoir une influence importante sur les déplacements subis par la structure. Par exemple, si on prend en compte un taux d'amortissement de 1 % au lieu de 5 %, on observe une augmentation moyenne des déplacements maximums pouvant varier entre 30 % et 65 %, selon la période de vibration fondamentale de la structure.

There are two types of electric crossing : i ) subterranean / submarine line ii ) overhead-line crossing. We always consider the last one as a more economic option. The inconvenience of an overhead-line crossing would be the environmental constraints among which the existing obstacles, the clearance for the navigation and the aesthetics demanded by the public. The overhead-line crossings usually have conductors of long ranges which are outside of the field of application for the current transmission line codes. These are limited to reaches of a length included between 200 m and 800 m, as well as a height of support lower than 60 m. However, for reaches over 800 m and over a height over 60 m, the criteria of conception in the transmission line codes for the calculation of wind loads are not applicable. In this study we concentrate on loads on the supports owed to the limit wind applied to bare conductors and insulators chains The objective of the present study is to examine the effect of the temporal and spatial correlation of the wind load along the conductors on a finite element model. A special attention was brought to the evaluation of the importance of the dynamic load transmitted on by the conductors and the insulators chains for the case of a turbulent wind load. The numerical study on finite element model for the example of a overhead-line crossing was done with the software ADINA. The wind load for the finite element model for the example of a overhead-line crossing was generated by the software WindGen which uses the method of Simiu-Scanlan and the method of spectral representation developed by Shinozuka-Deodatis. Wind loads generated where integrated into the finite element model ADINA for a dynamic analysis of the overhead-line crossing. For the first part, the current methods are used to calculate the efforts in supports due to the wind loads with an engineering approach and a comparaison approach. The current methods are then compared with the efforts obtained from an advanced method, transient dynamic and spectral stochastic, and specifically for the case of a simple overhead-line and an overhead-line crossings. For the second part, the effect of the longitudinal correlation of the wind load on two parallel conductors was examined. Finally, dynamic experiments on an insulators chain were made to determine the variation of the damping and the rigidity of the system for different type of insulators, different speed of application of the load and the inclination of the insulator.

Ce mémoire présente une méthodologie pour la conception de résonateurs piézoélectriques destinés à la transformation de l'énergie des vibrations en électricité. Cette méthodologie incorpore l'effet du couplage piézoélectrique, considère une vaste gamme de géométries, ainsi que les limites reliées à la contrainte induite sur la structure pour guider le dimensionnement des couches piézoélectriques. Tout d'abord, un modèle analytique a été développé afin d'évaluer le comportement des poutres en porte-à-faux composites soumises à des forces inertielles. Celui-ci utilise les hypothèses d'Euler-Bernoulli pour déterminer le comportement et les paramètres d'influence de la géométrie continue.Ce modèle a ensuite été réduit autour du mode fondamental à l'aide des coefficients et des paramètres équivalents pertinents. Par cette approche, de nouvelles expressions compactes, mais rigoureuses pour évaluer le déplacement, la tension, le courant et la puissance ont été formulées. Il a été démontré que l'effet piézoélectrique affecte la dynamique du résonateur comme une raideur et un amortissement électriques qui agissent simultanément. L'analyse de cette dynamique couplée a permis de reconfirmer formellement que l'amortissement électrique doit être équivalent à l'amortissement mécanique pour optimiser la puissance produite.Ce principe est utilisé afin de déterminer la charge électrique optimale et pour définir un nouveau critère comparatif des matériaux, le critère de couplage critique. Utilisé conjointement avec une démarche permettant d'isoler l'effet de la géométrie sur le couplage, ce critère est aussi utile pour le dimensionnement des couches piézoélectriques. Il permet d'évaluer le besoin du couplage pour optimiser les performances à partir du niveau d'amortissement mécanique intrinsèque du système.Ce critère démontre donc que la diminution de l'amortissement mécanique est prioritaire, car elle permet d'améliorer la puissance par unité de masse tout en éliminant la nécessité d'employer des matériaux à fort couplage ou des couches piézoélectriques épaisses. Les études paramétriques menées démontrent que les gains de performance importants sont effectivement reliés au dimensionnement de la couche dans la région de couplage sous critique, mais aussi principalement grâce à une augmentation du facteur de qualité de la structure. Il faut également minimiser la longueur de la poutre et maximiser sa masse sismique pour optimiser la puissance produite à une fréquence de résonance donnée, car ceci maximise la contrainte induite. La méthodologie proposée permet finalement de dimensionner des résonateurs piézoélectriques dans une perspective réaliste qui tient compte de la contrainte maximale et de son effet sur la fiabilité à long terme. Celle-ci a mis en évidence qu'outre le niveau de puissance visée ou les caractéristiques de la source de vibration disponible, c'est le niveau d'amortissement mécanique qui guide les spécifications géométriques obtenues. L'atténuation des pertes mécaniques devrait alors guider tous les choix de conception pour permettre de miniaturiser la masse. Ceci a par contre un effet sur la longueur requise pour limiter la contrainte induite, ce qui démontre qu'un compromis entre les performances et le coût est inévitable. Cela dit, il semble réaliste de viser des puissances de l'ordre de 1 à 10 [micro]W pour un microsystème électromécanique soumis à une source de vibration de 0.1 G d'amplitude dans une plage de 150 Hz à 1.5 kHz.

Certains athlètes pratiquant la course en fauteuil roulant utilisent des gants durs pour obtenir l’adhérence nécessaire leur permettant de pousser le fauteuil avec leurs bras et le balancement de leur corps d’avant en arrière. Dans le cadre d’un projet de recherche visant à améliorer les performances des athlètes, une étude portant sur le contact gant – cerceau a été menée. Plusieurs opportunités d’amélioration sont présentées pour améliorer les gants durs et ainsi éviter les glissements en condition de pluie et les rebonds de la main sur le cerceau. Deux paramètres majeurs influent sur la performance : la forme du gant et le matériau permettant l’adhérence avec le cerceau. La forme du gant optimale dépend de la configuration de l’assise de chaque athlète ainsi que de la manière de pousser. À la suite d’une étude théorique et expérimentale, il a été conclu qu’une rainure en forme de V modelée directement dans un gant dur augmente la force normale aux surfaces et ainsi contribue à améliorer l’adhérence sur le cerceau. Cette rainure placée sur l’avant du gant, dans la zone d’impact, ne doit pas présenter un angle d’ouverture trop resserré pour permettre une sortie rapide du cerceau dans la zone de dégagement située en arrière du gant. Le matériau permettant l’adhérence sur le cerceau doit avoir des aspérités de tailles adaptées à la vitesse d’impact du gant sur le cerceau, et à la présence potentielle d’eau. Le matériau recherché doit également résister à l’usure de frottement pour permettre à l’athlète de terminer la course sans difficulté. Au final, le matériau suède semble répondre à tous ces critères : assez résistant, il présente un revêtement qui garde une certaine adhérence sur le cerceau en condition de pluie.

Les matériaux viscoélastiques sont utilisés dans tous les domaines de l'ingénierie et des systèmes mécaniques, de l'électroménager, spatial, l'automobile, l'aéronautique ou le génie civil (ponts...) grâce à leur capacité d’amortir les chocs ou de filtrer les vibrations. Ce travail constitue une contribution à l’étude du comportement dynamique non linéaire des composants viscoélastiques notamment les élastomères. Dans ce mémoire, on introduit, d’abord, les propriétés mécaniques des élastomères, pour les aspects viscoélasticité et friction. Un rappel des différents phénomènes physiques et une liste non-exhaustive des modèles existants dans la littérature sont présentés. Ensuite, on propose des techniques expérimentales afin de décrire le comportement dynamique sous sollicitations uniaxiales d’un élastomère. Une description des bancs d’essais, des chaines d’analyse vibratoire, des méthodes de traitement des données des essais et d’analyse des mesures expérimentales est détaillée dans ce manuscrit. Une nouvelle approche du modèle de Maxwell généralisé a été proposée pour décrire le comportement dynamique du composant viscoélastique. Ce modèle permet une description précise et une bonne connaissance du comportement dynamique des composants viscoélastiques en fonction de l’amplitude, de la précharge et de la fréquence. La dissipation d'énergie identifiée sous forme d'amortissement peut être issue de l'amortissement intrinsèque des matériaux polymère comme de la friction aux interfaces dans le cas de composants caoutchoucs non adhérisés sur les pièces, dans ce travail, un nouveau modèle visco-tribologique a été développé en couplant les propriétés rhéologiques linéaires du modèle de Maxwell généralisé et le modèle de frottement de Dahl pour la description du comportement de frottement hystérétique des liaisons viscoélastiques non adhérisées. / Viscoelastic materials are used in all areas of engineering and mechanical systems, appliances, aerospace, automotive, aerospace and civil engineering (bridges...) through their ability to absorb shock and vibration filtering. This work is a contribution to the study of nonlinear dynamic behavior of viscoelastic components particularly elastomers. In this dissertation, we introduced the mechanical properties of elastomers, for both viscoelasticity and friction aspects. A review of the different physical phenomena and a non-exhaustive list of existing models in the literature are presented. Then, we propose experimental techniques to describe the dynamic behavior under uniaxial stress of an elastomer. A description of test benches, vibration analysis chains, methods of processing data and analysis of experimental measurements is detailed in this manuscript. A new approach of generalized Maxwell model was proposed to describe the dynamic behavior of viscoelastic component. This model allows an accurate description and a good knowledge of the dynamic behavior of viscoelastic components depending on amplitude, frequency and preload. Energy dissipation identified as damping can be from intrinsic damping of the polymer as friction at the interfaces in case of not bonded rubber component to mechanical part, a new viscoelastic model tribological was developed by combining the rheological properties of linear generalized Maxwell model and the Dahl friction model for describing the behavior of viscoelastic hysteretic friction of not bonded connections.

La prédiction de l’amortissement des structures complexes se heurte actuellement à un certain nombre de difficultés. L'utilisation de matériaux métalliques dans les assemblages aéronautiques ne permet pas d'exploiter les faibles capacités d'amortissement interne des pièces de structure. Le potentiel d'amortissement de ces assemblages se trouve donc dans les interfaces de contact au niveau des liaisons fixes (vissées, rivetées) ou mobiles (rotules, pivots). La conception de jonctions fixes amortissantes demande de favoriser les micro-glissements, ce qui entraine l'apparition d'endommagements par fretting. Pour tenter de résoudre les problèmes de durée de vie liés au fretting, les traitements et revêtements de surface prennent de plus en plus d'importance. Ces travaux de thèse mettent en place des moyens expérimentaux (développement d’un banc haute température) et des méthodologies d'essais permettant de sélectionner des solutions palliatives au fretting avec un objectif de dissipation d'énergie maximale. L’approche énergétique mise en place permet de distinguer les différents régimes de glissement et d’identifier les configurations les plus favorables pour l’amortissement. Deux cas d'application (un à l'ambiante, un à 600°C) ont servi de base expérimentale, mettant en jeux différents alliages métalliques (aciers inoxydables 17.4-PH et XD15NW, Ti6Al4V, Inconel 718) protégés par des revêtements DLC, ou de l'implantation ionique de WS2 avec et sans traitement de sous-couche (CrN et CrC). / Predicting the damping behavior of complex mechanical assemblies faces many technical and scientific challenges. The internal damping of metallic materials is insufficient for aeronautical applications. The energy dissipation potential is located at the contacting surfaces of fixed (bolted, riveted) or mobile joints (pivot, ball-joint). Ensuring micro-slip is required to design dampening fixed joints, but it promotes fretting damage. Coatings and surface treatments are extensively used in order to tackle the ensuing durability issues. This work presents experimental means (newly designed high temperature test rig) and test methods for fretting palliatives selection with a maximum dissipated energy criterion. Energy based approaches enable the distinction between different sliding regimes and the identification of the most favorable ones. The experimental study was based on two industrial cases (at ambient temperature and 600°C) involving various metallic alloys (17.4-PH and XD15NW stainless steels, TI6Al4V and Inconel 718) protected with DLCs or WS2 ionic implantation (on raw substrate or CrC/CrN underlay).

Thèse doctorat : Automatique et Informatique appliquée : Nantes : 2008. / Bibliogr. f. 183-192. Index.