Numerical and experimental analysis of nonlinear vibrations of elastic and piezoelectric structures. Reduced-order models and modal interactions

Autor: Givois, Arthur
Přispěvatelé: Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Physiques et Numériques (LISPEN), Arts et Métiers Sciences et Technologies, HESAM Université (HESAM)-HESAM Université (HESAM), Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, Olivier Thomas, Jean-François Deü, Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2019
Předmět:
Continuation numérique
Modèles analytiques
Experimental continuation
Finite element models
Vibrations
Piezoelectricity
Continuation expérimentale
Non-linéarités géométriques
Analyse expérimentale
Réduction de modèle
Electrical actuation and detection
Analytical models
Actionnement et détection électriques
Numerical continuation
Réduction de modèles éléments finis
Modèles éléments finis
Experimental analysis
Méthodes de continuation
Reduced-order modelling
Finite Element Reduced-Order Models
[SPI.MECA.VIBR]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Vibrations [physics.class-ph]
Piézoélectricité
Continuation methods
[SPI.MECA.STRU]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Structural mechanics [physics.class-ph]
[PHYS.COND.CM-GEN]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Other [cond-mat.other]
Geometric nonlinearities
Zdroj: Vibrations [physics.class-ph]. Ecole Nationale Supérieure d'Arts et Métiers, 2019. Français
Autre [cond-mat.other]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers-ENSAM, 2019. Français. ⟨NNT : 2019ENAM0047⟩
Popis: This doctoral dissertation addresses the analysis and the modelling of the large amplitude nonlinear vibrations of thin structures with piezoelectric transduction. This type of system is used in numerous applications, such as Micro-Electromechanical Systems (MEMS), control-based systems or energy harvesting. This work proposes a numerical strategy to compute efficiently the nonlinear dynamics of electromechanical problems with geometric nonlinearities. The methodology is founded on the computation of modal reduced order models obtained from analytical and finite element approaches. In the latter case, the reduced order models are obtained by non-intrusive strategies using existing finite-element codes. Then, they are finally computed with a numerical method of continuation of periodic solutions. Original results are presented, about the validation of the non-intrusive methods and the convergence of the modal reduced order models, for reference thin structures. An experimental strategy is also proposed to highlight nonlinear phenomena on a structure with fully integrated piezoelectric actuation and detection. A phase locked-loop experimental continuation procedure is used to measure exchanges of energy due to internal resonances between asymmetric vibration modes in circular elastic and piezoelectric plates.; Cette thèse de doctorat concerne l'analyse et la modélisation de structures minces en vibrations de grande amplitude avec transduction piézoélectrique. Ce type de système électromécanique est utilisé dans de nombreuses applications, telles que les microsystèmes électromécaniques (MEMS) ainsi que les systèmes de contrôle ou de récupération d’énergie. Dans ce travail, on propose une stratégie numérique pour calculer efficacement la dynamique non-linéaire de ce problème couplé électromécanique avec des non-linéarités géométriques. La méthodologie est fondée sur des modèles réduits modaux, obtenus & partir de modèles analytiques ou par des formulations numériques éléments-finis originales. Dans ce dernier cas, les modèles réduits sont obtenus de manière non intrusive en utilisant des codes de calculs existants. Ces modèles sont ensuite résolus par une procédure de continuation de solutions périodiques. Cette thèse présente des résultats originaux de validation des méthodes non-intrusives, d'une part, et de convergence des modèles réduits, d'autre part, pour des structures minces de référence. Une stratégie expérimentale est également proposée pour mettre en évidence des phénomènes non-linéaires sur une structure avec actionnement et détection piézoélectriques complétement intégrés. Une méthode de continuation expérimentale, fondée sur le contrôle de la phase, est utilisée pour mesurer la réponse du système en régime libre (les modes non linéaires) et en régime forcé périodique. Des réponses vibratoires complexes, liées à des résonances internes entre modes, sont mesurés et caractérisées précisément, dans le cadre de vibrations asymétriques de plaques circulaires élastique et piézoélectrique.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: