Experimental evaluation and modeling of a nonlinear absorber for vibration attenuation : design, identification, and analysis

par Déborah Lavazec

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Duhamel Denis et de Christian Soize.

Soutenue le 21-12-2017

à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ingénierie et Environnement , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205 (laboratoire) .

Le président du jury était Didier Clouteau.

Le jury était composé de Christian Soize, Denis Duhamel, Gwendal Cumunel.

Les rapporteurs étaient Jean-François Deü, Fabrice Thouverez.

  • Titre traduit

    Évaluation expérimentale et modélisation d'un absorbeur non-linéaire pour l'atténuation des vibrations : conception, identification et analyse


  • Résumé

    En raison de leurs grandes longueurs d'onde, les vibrations mécaniques en basses fréquences ne peuvent être facilement réduites dans les structures par l'utilisation de matériaux dissipatifs. Malgré ces difficultés, l'atténuation des vibrations en basses fréquences reste un enjeu important. Pour résoudre ce problème, différents axes de recherche ont été étudiés et ont été mis en application pour stocker et dissiper l'énergie vibratoire comme l'utilisation d'oscillateurs linéaires, composés d'une masse, d'un ressort et d'un amortisseur. Leur fréquence de résonance doit coïncider avec la fréquence de résonance de la structure que l'on veut atténuer. L'utilisation d'absorbeurs se comportant comme des oscillateurs ayant un comportement non linéaire est une alternative intéressante. En effet, grâce à un étalement fréquentiel de la réponse de l'oscillateur, celui-ci permet d'atténuer les vibrations de la structure sur une plus large bande de fréquence que ceux ayant un comportement linéaire, sans avoir de dédoublement de la résonance de la réponse en deux pics. Les travaux présentés ici se placent dans le cadre de la réduction vibratoire, à l'échelle macroscopique, en basses fréquences, pour lesquelles les premiers modes structuraux sont excités. Un absorbeur non linéaire a été conçu, réalisé et analysé expérimentalement, modélisé et identifié expérimentalement pour mettre en évidence le phénomène d'élargissement de la bande de fréquence de la réponse. Les effets de cet absorbeur sur le comportement dynamique d'une poutre console ont ensuite été numériquement étudiés, à partir d'un modèle de poutre couplée à des absorbeurs non linéaires. Un modèle réduit et son solveur stochastique ont été développés dans ce cadre. Les résultats ont exposé le fait que l'absorbeur non linéaire permet une atténuation de la réponse de la poutre, sans le dédoublement de la résonance


  • Résumé

    Due to their long wavelengths, mechanical vibrations at low frequencies cannot easily be reduced in structures by using dissipative materials. Despite these difficulties, the attenuation of vibration at low frequencies remains an important concern. To solve this problem, several ways of research have been explored and have been applied to vibration energy pumping such as linear oscillators, composed of a mass, a spring, and a damper. Their resonance frequency must coincide with the resonant frequency of the structure that has to be attenuated. The absorbers that are oscillators with a nonlinear behavior constitute an interesting alternative. The response of the nonlinear oscillator allows for obtaining an attenuation of vibration over a broader frequency band than the response of linear oscillator, without splitting the resonance that has to be attenuated into two resonances. The work presented here is in the frame of the vibratory reduction, on a macro-scale, at low frequencies, for which the first structural modes are excited. A nonlinear absorber has been designed, experimentally realized and analyzed, modeled and experimentally identified to highlight the phenomenon of broadening the frequency band of the response. The effects of this absorber on the dynamic behavior of a cantilever beam have been numerically studied, using a model of the beam coupled to nonlinear absorbers. A reduced-model and its stochastic solver have also been developed. The results obtained show that the nonlinear absorber allows for obtaining an attenuation on the beam response, without splitting of the resonance that has to be attenuated


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