Cette thèse présente une analyse numérique de l'amortissement des vibrations structurales obtenu par des traitements passifs, actifs et hybrides actifs-passifs. Pour cela, un modèle éléments finis de poutre sandwich dont les couches peuvent être élastiques, piézoélectriques ou viscoelástiques est présenté. Il est validé à travers des comparaisons avec les résultats analytiques, expérimentaux et numériques trouvés dans la littérature, puis, étendu au cas de peaux stratifiées. Ensuite, la représentation de la dépendance en fréquence des propriétés des matériaux viscoelástiques est étudiée en utilisant les modèles Anelastic Displacement Fields (ADF), Golla-Hughes-McTavish (GHM) et Modal Strain Energy (MSE) itératif. Une réduction modale à base complexe est proposée et validée à travers des comparaisons avec les résultats trouvés dans la littérature. Un algorithme itératif est proposé pour trouver le contrôle optimal du type Linear Quadratic Regulator (LQR) respectant le champ électrique maximum applicable aux pastilles piézoélectriques. La comparaison entre les performances d'amortissement des mécanismes d'action piézoélectrique par extension et par cisaillement montre que les derniers sont plus efficaces pour de petites amplitudes et fréquences élevées et pour des structures sandwich à peaux rigides et coeur souple. Trois traitements amortissants hybrides, obtenus en modifiant l'emplacement relatif des couches viscoelástique et piézoélectrique, ont été analysés et comparés. Il est montré que les traitements par revêtement contraint actif (RCA), consistant à remplacer la couche externe élastique par un actionneur piézoélectrique, ne sont efficaces que pour des couches viscoelástiques très minces. Tandis que les traitements par revêtement contraint passif (RCP) associé à un actionneur piézoélectrique collé sur la surface opposée de la structure (RCP/CA) ou entre la couche viscoelástique et la structure (RCPA/CA) sont, généralement, plus efficaces. Cependant, les trois traitements fournissent des systèmes de contrôle efficaces et robustes. L'étude du contrôle de vibrations d'une poutre sandwich à coeur viscoelástique, à l'aide de deux pastilles collées symétriquement sur ses surfaces supérieure et inférieure, en utilisant trois contrôleurs de types LQR, dérivatif et Linear Quadratic Gaussian (LQG) est réalisée. Il est montré que les contrôleurs optimaux LQR et LQG sont plus efficaces que le dérivatif, puisqu'ils sont moins dépendants de la co-localisation des actionneurs et capteurs. Finalement, l'influence de la température d'opération sur la performance de l'amortissement par traitement du type RCA est analysée ; les résultats montrent qu'il est possible d'aboutir à des performances uniformes dans un intervalle de températures.

Un modèle de tenségrité viscoélastique (MTV) composé de 6 barres quasi-rigides et de 24 câbles viscoélastiques est développé et son comportement mécanique est étudié dans les domaines temporel et fréquentiel pour comprendre le rôle joué par la déformation structurale du cytosquelette dans la réponse cellulaire en petites et grandes déformations. Des simulations numériques de tests de fluage ainsi que d'oscillations imposées sont effectuées, permettant d'établir des lois de dépendance entre d'une part les propriétés viscoélastiques normalisées globales (modules d'élasticité E*, de viscosité 'eta'* et constante de temps 'tau'*) du MTV et, d'autre part, le niveau de déformation globale ('epsilon'), des paramètres locaux définis à l'état de référence (longueur L* et tension interne T* normalisées) et la fréquence imposée d'oscillations (f). L'augmentation de T* induit une augmentation du module d'élasticité (E*) et une diminution de la constante de temps normalisée (tau*), le MTV étant l'objet de processus de rigidification (E* 'proportionnel à' T*0,5 ) et de solidification (tau* proportionnel à T*-0,4 ) tandis que le module de viscosité normalisé apparaît peu dépendant de T* (eta* proportionnel à T*0,1 ). De plus, l'augmentation de la fréquence imposée entraîne des processus de rigidification (E* proportionnel à f*0,2 ), de dilution (eta* proportionnel à f*-0,2 ) et de solidification (tau* proportionnel à f*-0.4 ). Ces résultats numériques sont en accord avec les résultats expérimentaux obtenus sur cellules vivantes notamment le faible rôle du tonus cellulaire sur la viscosité cellulaire est à rapprocher de eta* proportionnel à T*0,1 alors que l'effet d'échelle (taille de sonde) est en accord avec les processus d'assouplissement et de dilution (E* proportionnel à L*-2 et tau* proportionnel à L*-2). Appliqué à l'échelle microcellulaire en utilisant les propriétés des biopolymères qui composent le cytosquelette, le présent modèle de tenségrité viscoélastique apporte une évaluation prédictive du rôle de la redistribution spatiale des éléments sur les propriétés mécaniques de l'architecture cellulaire.

Le besoin en isolation vibratoire des voies ferrées conduit de plus en plus souvent au recours à des systèmes d'attache de rail souples avec des designs sophistiqués. Par contre, les produits deviennent diversifiés mais leur conception se fait de manière empirique dans la pratique. Dans ce travail de thèse, deux systèmes d'attache de rail sont étudiés expérimentalement et numériquement: un système qui travaille principalement en cisaillement et l'autre en compression. Des essais quasi-statiques et dynamiques sont menés puis les résultats sont analysés à l'aide de différents modèles mécaniques. En plus, une série de tests sur les élastomères utilisés dans les deux systèmes sont réalisés. Ces tests permettent de choisir des modèles hyperélastiques et viscoélastique appropriés, et de déterminer les paramètres de propriétés mécaniques des élastomères dans ces modèles par des simulations Abaqus. En utilisant également Abaqus, des analyses par élément fini des deux systèmes d'attache sont effectués et les résultats sont comparés aux ceux des essais. Des non-linéarités d'origine matérielle et géométrique sont ainsi analysées et expliquées. Enfin, des études de sensibilité des paramètres sont effectuées, suivies d'études d'optimisation structurale. Cet étude devrait être utile pour une meilleure compréhension du comportement mécanique des systèmes d'attache de rail sous chargement statique et dynamique, et au final pour une meilleure pratique dans la conception et l'optimisation des produits / Higher demand on vibration isolation of track structure in modern railway track leads to a trend of lower stiffness of rail fastening systems, places an increasing need for better design approach as well. However the current development status of rail fastening industry is dramatically diversified but mainly empirical. In this work, a shear type and a bonded compressed type of rail fastening systems are investigated experimentally and numerically. Quasi-static and dynamic experiments are carried out and the results are analysed with different mechanical models. Besides, a series of fundamental rubber material tests is performed to accurately describe the rubber material used in the two fastening systems. The most appropriate hyperelastic and hysteresis models are chosen with the help of simulations by Abaqus. Also by using Abaqus, finite element analyses are conducted for the two fastening systems and the numerical results are compared with those of experiments. Material and geometrical nonlinear features observed in the measured displacement-force curves are analysed and explained. Finally, parameter sensitivity of the two fastening specimens are studied, followed by an optimization process to meet practical optimization objectives. The present work is believed to be helpful for understanding the mechanical behavior of rail fastening systems, while enlightening the engineering practice, and eventually improving product designing and optimizing measures

Le besoin en isolation vibratoire des voies ferrées conduit de plus en plus souvent au recours à des systèmes d'attache de rail souples avec des designs sophistiqués. Par contre, les produits deviennent diversifiés mais leur conception se fait de manière empirique dans la pratique. Dans ce travail de thèse, deux systèmes d'attache de rail sont étudiés expérimentalement et numériquement: un système qui travaille principalement en cisaillement et l'autre en compression. Des essais quasi-statiques et dynamiques sont menés puis les résultats sont analysés à l'aide de différents modèles mécaniques. En plus, une série de tests sur les élastomères utilisés dans les deux systèmes sont réalisés. Ces tests permettent de choisir des modèles hyperélastiques et viscoélastique appropriés, et de déterminer les paramètres de propriétés mécaniques des élastomères dans ces modèles par des simulations Abaqus. En utilisant également Abaqus, des analyses par élément fini des deux systèmes d'attache sont effectués et les résultats sont comparés aux ceux des essais. Des non-linéarités d'origine matérielle et géométrique sont ainsi analysées et expliquées. Enfin, des études de sensibilité des paramètres sont effectuées, suivies d'études d'optimisation structurale. Cet étude devrait être utile pour une meilleure compréhension du comportement mécanique des systèmes d'attache de rail sous chargement statique et dynamique, et au final pour une meilleure pratique dans la conception et l'optimisation des produits / Higher demand on vibration isolation of track structure in modern railway track leads to a trend of lower stiffness of rail fastening systems, places an increasing need for better design approach as well. However the current development status of rail fastening industry is dramatically diversified but mainly empirical. In this work, a shear type and a bonded compressed type of rail fastening systems are investigated experimentally and numerically. Quasi-static and dynamic experiments are carried out and the results are analysed with different mechanical models. Besides, a series of fundamental rubber material tests is performed to accurately describe the rubber material used in the two fastening systems. The most appropriate hyperelastic and hysteresis models are chosen with the help of simulations by Abaqus. Also by using Abaqus, finite element analyses are conducted for the two fastening systems and the numerical results are compared with those of experiments. Material and geometrical nonlinear features observed in the measured displacement-force curves are analysed and explained. Finally, parameter sensitivity of the two fastening specimens are studied, followed by an optimization process to meet practical optimization objectives. The present work is believed to be helpful for understanding the mechanical behavior of rail fastening systems, while enlightening the engineering practice, and eventually improving product designing and optimizing measures

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un partenariat international Airbus Safran Launchers ", " Ecole Centrale de Lyon " et " Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis ". Les composés élastomériques sont largement utilisés dans l’industrie pour leurs déformabilité et leurs capacités d’amortissement. Soumis aux combinaisons complexes de fabrication et de charges de service, les élastomères montrent la capacité de subir des conditions de chargement sévères et le cas de pré-déformation statique superposée par une excitation dynamique de petite amplitude est couramment utilisé pour des applications industrielles, par exemple des pneus, des amortisseurs, applications aérospatiales ... Pour concevoir efficacement ces composés industriels, il est primordial de prédire la réponse des produits à travers des processus de modélisation simples qui ont multiplié les méthodes d’analyse: expérimentale, théorique et numérique. Dans ce contexte, le présent travail se concentre sur la conception et l’analyse des propriétés dynamiques d’un dispositif élastomère autour d’une configuration préformée. À cette fin, trois mélanges de caoutchouc ont été expérimentés: Caoutchouc naturel (NR), Bromobutyl (BIIR) et un mélange des deux (NR / BIIR). Une discussion est faite avec préoccupation pour la mise en place expérimentale ainsi que les procédures utilisées pour des essais expérimentaux efficaces. Avec ces conclusions, nous avons fait un jugement sur les capacités de prévision, dans les domaines temporels et fréquentiels, de certains modèles hyper-visco-élastique à base d’intégrale unique sous l’hypothèse de séparabilité des effets temps-déformation. Les modèles considérés sont largement utilisés pour les applications d’ingénierie. Ce travail est suivi d’une application sur un composant industriel. Dans le cadre de cette thèse, le code de calcul d’éléments finis ABAQUS 6.14 a été utilisé pour étudier les propriétés dynamiques de cette structure. Une méthodologie d’analyse a été présentée pour identifier soigneusement l’ensemble des paramètres dans le but de satisfaire certaines exigences industrielles, principalement des capacités de masse, de rigidité et d’amortissement. / This work is conducted as international collaboration with " Airbus Safran Launchers ", " Ecole Centrale de Lyon " and " National Engineering School of Tunis ". Elastomeric compounds are widely used in industry for their high deformability and damping capabilities. Subjected to complex combinations of manufacturing and service loadings, elastomers show the fact to undergo severe loading conditions and the load case of large static predeformation superimposed by small amplitude dynamic excitation is commonly encountred for industrial applications e.g tires, shock-absorbing bushes, construction industry, aerospace applications... To design such industrial compounds efficiently, it is of major importance to predict the response of the products through simple modeling processes which have multiplied analysis methods: experimental, theoretical and numerical. Within this context, the present work focuses on design and analysis of dynamic properties of an elastomeric device at a predeformed configuration. To this end, three rubber mixtures have been experimentally investigated: Natural Rubber (NR), Bromobutyl (BIIR) and a mixture of both (NR/BIIR). A discussion is made with concern to experimental set-up as well as the used procedures for an efficient specimens testings. Within these findings, we made judgement on the predictive capabilities, in time and frequency domains, of some single integral based hyper-visco-elastic models under time-strain seperability assumption. The considered models are widely used for engineering applications and focus have been made on the Simo model implemented in finite element commercial software Abaqus. This work is followed by an application on an industrial component. In the framework of this thesis, the finite element calculation code ABAQUS 6.14 was used to investigate the dynamic properties of such structure. An analysis methodology have been presented to carefully identify the set of parameters with the objective of satisfaction of some industrial requirements mainly mass, stiffness and damping capabilities.