Récemment, les industries aérospatiale et automobile sont de plus en plus intéressées par les tests virtuels, car ils accélèrent le processus de conception et ils réduisent les coûts. C’est particulièrement vrai dans le cas des industries spatiales où les maquettes sont très coûteuses car les fusées sont uniques ou produites en nombre limité. Ariane 5 (et 6 dans l'avenir) est un lanceur qui est fabriqué par CNES et Airbus DS. Pendant le lancement, la coiffe est détachée par des charges pyrotechniques quand la fusée est à une hauteur suffisante (généralement au-dessus de 100 km). Les vibrations générées par les explosions se propagent dans les coques de la fusée jusqu'à la charge utile qui peut être endommagé. Le test au sol età pleine échelle HSS3+ a été effectué par CNES et Airbus DS pour enquêter sur cette éventualité. Cette thèse développe un logiciel capable de simuler le test HSS3+ pour caractériser les efforts produits par les charges pyrotechniques et pour réduire dans l'avenir le nombre de tests réels nécessaires. La tâche est difficile car la bande de fréquence considérée est très large (jusqu'à moyenne fréquence), les efforts des explosions sont inconnus, la géométrie est complexe et la maquette est composé des coques composites et sandwich. Le logiciel appelé Transient Analysis for PYROtechnic Shocks in Shells (TAPYROSS) est basée sur la Théorie variationnelle des Rayons Complexes (TVRC) qui est une méthode de Trefftz spécifiquement développé pour analyser la moyenne fréquence. De nombreuses améliorations de la théorie et des performances ont été introduits pour étudier ce cas réel de complexité industriel. Le dernier chapitre est dédié aux comparaisons entre les données réelles et les simulations pour valider TAPYROSS et caractériser les efforts des explosions. / Recently, aerospace and automotive industries are increasingly interested in virtual testing since it speeds-up the design process and reduces costs. This is particularly true in case of space industries where specimens are very costly because rockets are unique or produced in limited number. Ariane 5 (and 6 in the future) is a heavy lift launch rocket manufactured by CNES and Airbus DS. During launch the protective fairing is severed from the rocket by pyrotechnic charges once sufficient altitude is reached (typically above 100 km). Shock vibrations propagate throughout rocket shell structure to the payload which can be damaged. The HSS3+ ground full-scale test was developed by CNES and Airbus DS to investigate such eventuality. This thesis develops a software capable of simulating the HSS3+ test to characterize explosion loads and to reduce the number of future required real tests. The task is difficult since the interesting frequency band is wide (up to mid-frequency), the explosion loads are unknown, the geometry is complex, and the specimen is composed of sandwich composite shells. The software called Transient Analysis for PYROtechnic Shocks in Shells (TAPYROSS) is based on the Variational Theory of Complex Rays (VTCR) which is a Trefftz method specifically developed to analyze the mid-frequency band. Many theory and performance improvements are introduced to address this real industrial test case. At the end, comparisons between real data and simulations validate TAPYROSS and characterize explosion loads.

Les machines à commutation de flux cinq-phases présentent une tolérance aux pannes et une robustesse qui les rendent très intéressantes dans un point de vue de la fiabilité, comme montré dans le premier chapitre.Dans ces travaux de thèse nous avons explorés la possibilité de détecter les défauts qui affectent cette machine par la signature des vibrations générées dans la machine.En utilisant les outils physiques et mathématiques présentés dans le deuxième chapitre, nous avons construit deux modèles multiphysiques, un modèle aux les éléments finis développé dans le troisième chapitre et un modèle analytique, appelé aux réseaux de perméances, dans le quatrième chapitre.Le comportement vibratoire de la machine a été étudié à l'aide de ces deux modèles, en régimesain et en défaut afin de connaitre comment ce comportement est influencé par les grandeurs électriques et magnétiques de la machine.Par ailleurs nous avons étudié la possibilité de détecter et discriminer les différents types de défauts.Le modèle analytique se présente comme un bon estimateur du comportement en défaut de la machine, malgré ses écarts avec la simulation.Dans le cinquième chapitre, les deux modèles multiphysiques ont été validés par des essais expérimentaux et nous avons pu expliquer le comportement en défaut d’un point de vue mécanique plutôt que magnétique.Enfin, dans le sixième chapitre, nous avons utilisé les deux modèles pour étudier le comportement en défaut de la machine, à des vitesses au-dessus de la limite expérimentale (3100 tr/min). / Five-phase flux switching machines have a fault tolerance and robustness that makes them very interesting from the point of view of reliability, as shown in chapter one of this work. In our studies we have explored the possibility of detecting faults that affect this type of machine using the signature of stator vibrations.Using the physical and mathematical tools presented in chapter two, we improved two multyphisics models, one based on finite elements method that it's presented in chapter three and the seconde one analitycal model, called permeance networks, in chapter four. The vibratory behavior of the machine was studied using these two models, under healthy and faulty conditions, in order to know how this behavior is influenced by the electrical and magnetic magnitudes of the machine. In addition, we have studied the possibility of detecting and discriminating different types of faults. Analytical model is a good estimator of fault behavior of the machine, despite its differences with the simulation.In chapter five, the two multiphysical models have been validated by experimental tests and we have been able to explain fault behavior by mechanical origin rather than magnetic origin.Finally, in chapter six, we used both models to study the fault behavior of the machine, at speeds above the experimental limit (3100 rpm).

No abstract provided. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Scope and contents: The atomic vibrations in rubidium have been studied by the method of slow neutron spectrometry. The results have been analysed to yield atomic force constants which are used to compute the phonon frequency distribution. An interesting effect in the [00ζ]L branch has been examined, and an explanation of the observations is offered. Anharmonic calculations of frequency shifts and widths are presented, as well as a calculation of the anharmonic heat capacity. The third and fourth derivatives of the real space interatomic potential, which are required for these computations, are estimated in various ways. A determination of the lattice spacing of rubidium by neutron diffraction is described.

<p> Heat-exchangers designed and fabricated in accordance with the existing design standards may be susceptible to damage as a result of excessive tube vibrations caused by the shell-side fluid flow. The present investigat ion was undertaken to further our understanding of the vibration behaviour of tube arrays. </p> <p> An experimental facility and techniques have been developed by means of which the major mechanisms that cause flow-induced vibrations in tube arrays due to cross-flow can be produced and properly identified. </p> <p> The experiments were conducted in a low-speed windtunnel having 305 x 305 mm.working section. The tube-bundle was a parallel-triangular tube-array with pitch/diameter = 1.375 . The array was 27 rows deep with 5 tubes in each row . The tubes were designed such that they could be conveniently removed from outside the wind-tunnel, in order to facilitate studying the effect of tube-bundle size on vibration and flow characteristics . Nineteen identical tubes in the middle of the tube-array were movable and specially designed so that natural frequency and damping could be controlled precisely over a range of values. </p> <p> The experiments have verified that deep inside a closely-packed tube-bank the existence of discrete vortex shedding is not a working hypothesis and the response of a tube in a tube-bundle is expected to be a function of Reynolds number and the number of upstream rows of tubes. From the flow-field velocity power-spectra obtained for the array tested and from the available data existing in the literature, it is seen that there is a strong possibility of predicting the dominating frequency in the flow from a universal Strauhal number. For the first time a fluidelastic stability boundary for the array has been derived and it is noticed that the slope of this boundary is significantly different from that derived by other authors from theoretical considerations. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

No description available.

The presented work is intended to develop a geometrically reduced order (homogenized) model for a large antenna space structure with flexible joints. An energy equivalence concept is employed to find the continuum model for the system. The kinetic and strain energy expressions of the fundamental elements are found based on the assumptions of the micropolar elasticity theory. Necessary assumptions are made to reduce the order of the strain variables while retaining the effects of the micro-rotations that are coupled to the primary strain terms. As a result, a micropolar-based continuum model is found for the structure with torsional joints. The vibrations equations of motion for various coordinates of the one dimensional equivalent model are presented. Subsequently, the relations between the physical parameters of the distributed parameter model and the radar structure are introduced. The effect of the asymmetric mass distribution as a result of the addition of the radar panel to the truss system is studied. For the purpose of the experimental validation of the suggested model a planar truss structure with Pratt Girder configuration was built and tested in the laboratory. The results for the experimental frequency response functions are shown to be in good agreement with the theory. Finally, the continuum model is used to quantify the effects of the thermally induced disturbances on the satellite system during the eclipse transition. / Ph. D.

Dans cette étude, nous avons développé des stratégies d'optimisation adaptées au problème de la discrétion acoustique des navires. Nous rappelons dans un premier temps les critères imposés par la discrétion acoustique et les principes d'atténuation qui permettent de garantir leur application dans la pratique. Ces critères s'expriment en termes de flexibilité et transmissibilité dynamiques et concernent une large gamme fréquentielle. Nous montrons comment améliorer le comportement dynamique des structures, relativement aux critères précités : nous avons conçu deux méthodes qui permettent de dimensionner des absorbeurs dynamiques, à partir des données expérimentales. Nous développons ensuite une méthode d'optimisation de structures. L'objectif est alors de minimiser la masse de la structure avec des contraintes en flexibilités ponctuelles et transmissibilités. L'originalité de la méthode repose sur deux points : l'approche modale, en utilisant la notion de paramètres effectifs et la construction d'un algorithme fondé sur la condition d'optimalité de KUhn-Tucker. Enfin, nous montrons comment étendre cette démarche à l'optimisation de structures composites (monocouches et sandwich), en prenant en compte l'amortissement par ajout de matériaux viscoélastiques dans une formulation en modes complexes. Tout au long de cette étude, de nombreux résultats numériques sont présentés pour illustrer les diverses stratégies d'optimisation.

Un manipulateur cartésien dit " axe en gantry " peut être utilisé pour des applications requérant une dynamique élevée et une grande précision. Le type d'axe en gantry étudié dans ce mémoire consiste en un axe transversal porté par deux actionneurs linéaires balayant la direction longitudinale de l'espace de travail. Un troisième actionneur, monté sur le bras transversal, permet de déplacer la charge le long de la direction transversale de l'espace de travail. La problématique de ces systèmes réside dans la dégradation des performances de positionnement due au couplage mécanique existant entre les actionneurs et aux vibrations du bras transversal. La solution industrielle, consistant à minimiser les vibrations en rigidifiant (et en alourdissant) le bras transversal et à contrôler indépendamment les axes parallèles, mène à une consommation d'énergie importante qui ne sera plus acceptable à long terme. Un état de l'art sur la commande des axes en gantry met en évidence un manque d'analyse des phénomènes physiques responsables des couplages mécaniques et des vibrations du bras transversal. Ceux-ci sont en effet considérés comme des perturbations compensées par des méthodes mathématiques dérivées de l'automatique avancée. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une modélisation physique détaillée de l'axe en gantry comprenant la flexibilité du bras transversal. Cette modélisation, associée à des méthodes d'identification expérimentale et de représentation causale, est exploitée afin de déduire des structures de commande et des méthodes de réglage adaptées. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement des axes en gantry par rapport à la commande industrielle et permet par exemple d'envisager l'allégement du bras transversal.

Les vibrations des systèmes de forage pétrolier sont à l'origine de nombreux dysfonctionnements (ruptures des tiges par une fatigue accélérée, réduction des performances, endommagement des outils de mesures, endommagement des parois du puits, etc.). Face à la complexité des puits forés aujourd'hui, la maîtrise des vibrations des systèmes de forage est plus que jamais un enjeu majeur dans la réussite économique d'un projet pétrolier. Durant l'opération de forage, les tiges en rotation entrent en interaction avec les parois du puits (tubage et/ou formation) et encaissent dans certains cas des vibrations sévères. On distingue généralement trois modes de vibrations suivant le plan de leur occurrence : axiales, latérales et de torsion. Nous ne nous intéressons dans ce mémoire qu'aux vibrations latérales des tiges de forage. Si les vibrations latérales ont fait l'objet de nombreuses études dans le passé, il reste néanmoins des axes d'amélioration possible, tant sur la compréhension des phénomènes (contact garniture-puits par exemple) que sur la recherche de méthodes numériques permettant de réduire les temps de calcul. Dans le cadre de cette thèse, un modèle a été développé pour étudier les vibrations latérales des garnitures de forage dans des forages à trajectoires complexes. Ce modèle permet de prédire les vibrations latérales des tiges pour des paramètres opératoires donnés (vitesse de rotation, poids sur l'outil de forage). Un modèle numérique en éléments finis a été développé pour résoudre les équations du mouvement et analyser ainsi la sensibilité des vibrations aux paramètres opératoires du forage en particulier la vitesse de rotation et l'effort axial dans les tiges. Le modèle permet en outre d'analyser la réponse dynamique d'une garniture en cours du forage (conception). En outre, cette étude a permis de mieux élucider le phénomène sévère de précession des tiges (whirling), très nuisible à l'intégrité mécanique des systèmes de forage. Un nouveau banc d'essais a été mis au point par le Centre de Géosciences de Mines ParisTech pour reproduire les vibrations latérales, mieux comprendre le phénomène du whirling et valider les résultats numériques du modèle. Par ailleurs, des mesures dynamiques en surfaces et en fond de puits au cours de forages réels ont été analysées afin de mettre en évidence les vibrations latérales les plus sévères et en particulier le whirling. Ces données de terrain ont permis de comparer les fréquences propres du système mesurées et celles fournies par le modèle numérique. / Drillstring vibrations are commonly observed during oil & gas well drilling operations. Vibrations are a major cause of drilling tools dysfunction (drillstring breaking because of fatigue, reduced drilling efficiency, measurement-while-drilling tools failure, damaging of drill bits, etc.). Because of the increasing complexity of oil & gas wells drilled nowadays, operators need to mitigate efficiently the drillstring vibrations in order to successfully achieve the drilling process. During the drilling operation, rotating drillstrings are in interaction with the well borehole (casing and/or rock) which may lead to severe vibrations. Different vibrations modes occur simultaneously while drilling, we identify mainly three modes: axial, torsional and lateral. This work deals only with lateral vibrations. Literature survey papers show numerous experimental and numerical studies carried out on drillstring dynamics. The developed models don't take into account sufficiently the complex drillstring-borehole interactions or the efficient numerical methods needed to reduce the computation time. A new drillstring dynamics model has been developed within this thesis in order to compute the lateral vibrations of drillstrings in a complex well trajectory. Given the operating parameters (rotary speed, weight on bit) the model predicts the dynamics response of the drillstring in terms of lateral vibrations. A finite element model has been implemented to solve for the equations of motion of the dynamics model and study the dependence of the lateral vibrations on some operating parameters of the system, mainly the rotary speed and the axial load on the drillstrings. The finite element model can be used to compute and enhance the dynamic response of a given drillstring configuration for design issues. Besides, the model can be used to understand some dynamic phenomena encountered while drilling (post-analysis). Moreover, this study was useful to better understand the “whirling” phenomenon which is very harmful for the drilling system components. A new lateral vibrations simulator was built at Mines ParisTech in order to understand the whirling phenomenon and validate the numerical results provided by the dynamics model. Surface and downhole fieldmeasurements have been analyzed in order to understand the occurrence of whirling. The eigenfrequencies evaluated from the field data have been found very close to those provided by the dynamics model.

Les Vibrations Induites par Frottement (FIV) sont un phénomène complexe qui surgit chaque fois deux surfaces subissent un glissement relatif. Pendant les dernières décennies, une quantité significative de œuvres expérimentales et numériques a traité des Vibrations Induites par Frottement, tandis que la simulation de l'excitation dynamique de contacts frictionnels a été toujours un vrai défi dans beaucoup de domaines de recherche industrielles. Dans ce cadre de recherche, ce travail est adressé à l'analyse des Vibrations Induites par Frottement, en développant des analyses en même temps expérimentales et numériques ; on propose une nouvelle approche numérique pour reproduire l'excitation dynamique locale du contact et son effet sur la réponse vibrationnel du système, sans augmentation significative des coûts de calcul. Le système mécanique, l'objet de l'analyse, est composé par deux poutres en acier en contact frictionnel dans un mouvement relatif ; la dynamique simple du système tient compte de la distinction entre la réponse de dynamique du système et l'excitation à haut débit venant du contact. Une campagne expérimentale paramétrique a été conduite pour analyser les effets de trois paramètres de contact principaux (la vitesse de glissement, la charge normale et la rugosité superficielle) sur la réponse du système vibrationnel, c'est-à-dire sur les vibrations induites. En parallèle, un modèle numérique a été mis en œuvre pour reproduire l'excitation dynamique locale du contact et son effet sur la réponse vibrationnel du système. Une nouvelle loi de friction a été présentée dans le modèle, proposant l'utilisation d'un terme provoquant une perturbation dans le coefficient de frottement pour simuler les effets de l'excitation au contact. Les inclusions de l'excitation dynamique locale, en raison des phénomènes de contact, par le terme de perturbation du coefficient de frottement, permettent de reproduire correctement les Vibrations Induites par Frottement sans présenter une représentation de la topographie superficielle réelle, qui a besoin d'un grand nombre d'éléments, économisant donc le temps de calcul. Des signaux différents pour le terme provoquant la perturbation ont été testés pour simuler correctement les vibrations mesurées. L'évolution du terme provoquant la perturbation récupérée par une méthode inverse a surligné les contributions spectrales différentes de l'excitation locale du contact. La comparaison entre les Vibrations Induites par Frottement mesurées et ceux simulés numériquement a montré une bonne corrélation, validant la loi de frottement proposée. Finalement, l'effet d'un changement de rugosité e de vitesse de glissement a été aussi simulé numériquement et corrélé avec les résultats expérimentaux. / Friction-Induced Vibrations (FIV) are a complex phenomenon which arises each time two surfaces undergo relative sliding. During the last decades, a significant amount of experimental and numerical works dealt with Friction-Induced Vibrations, while the simulation of the dynamic excitation from frictional contacts has always been a real challenge to face in many industrial research areas. In this research framework, this work is addressed to the investigation of the Friction-Induced Vibrations, carrying on at the same time experimental and numerical analyses; a new numerical approach is proposed to reproduce the local dynamic excitation from the contact and its effect on the vibrational response of the system, without significant increase of the computational time costs. The mechanical system, object of the investigation, is composed by two steel beams in frictional contact during relative motion; the simple dynamics of the system allows for distinguishing between the dynamics response of the system and the broadband excitation coming from the contact. A parametrical experimental campaign has been conducted to analyse the effects of three main contact parameters (the relative sliding velocity, the normal load and the surface roughness) on the system vibrational response, i.e. on the induced vibrations. In parallel, a numerical model has been implemented to reproduce the local dynamic excitation from the contact and its effect on the vibrational response of the system. A new friction law has been introduced in the model, proposing the use of a perturbative term in the friction coefficient in order to simulate the effects of the contact excitation. The inclusions of the local dynamic excitation, due to the contact phenomena, by the perturbation term of the friction coefficient allows to correctly reproduce the Friction-Induced Vibrations without introducing a representation of the real surface topography, which usually needs a large number of elements, saving then computational time. Different signals for the perturbative term have been tested to simulate correctly the measured vibrations. The evolution of the perturbative term recovered by an inverse method allowed for highlighting the different spectral contributions of the local excitation coming from the contact. The comparison between the measured Friction-Induced Vibrations and the ones simulated numerically showed good correlation, validating the proposed friction law. Finally, the effect in a change of the sliding velocity and surface roughness have been simulated numerically too and correlated with experimental results.