Theoretical and experimental study of tuned nonlinear energy sink : application to passive vibration control

par Donghai Qiu

Thèse de doctorat en Genie mecanique, mecanique des materiaux

Sous la direction de Manuel Paredes et de Sébastien Séguy.

Soutenue le 29-03-2018

à Toulouse, INSA , dans le cadre de École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse) , en partenariat avec Institut Clément Ader (laboratoire) et de Institut Clément Ader / ICA (laboratoire) .

Le président du jury était Régis Dufour.

Le jury était composé de Manuel Paredes, Sébastien Séguy, Pierre-Alain Yvars, Claude-Henri Lamarque, Alain Berlioz.

Les rapporteurs étaient Pierre-Alain Yvars, Claude-Henri Lamarque.

  • Titre traduit

    Theoretical and experimental study of tuned nonlinear energy sink : application to passive vibration control


  • Résumé

    : Les travaux présentés dans cette thèse traitent du contrôle de systèmes dynamiques soumis à des excitations harmoniques et transitoires en utilisant des absorbeurs de type Nonlinear Energy Sink (NES). Plusieurs aspects ont été développés : la conception et la réalisation d'un nouveau design pour le NES cubique, l'étude de la location et du transfert irréversible d'énergie sur un NES bistable et le développement d'un critère de conception pour un NES à Vibro-Impact (VI). Dans un premier temps, un critère de conception est proposé pour le NES à raideur cubique. Le design proposé est basé sur des ressorts coniques ou des ressorts à pas variable. Un mécanisme à raideur négative est aussi introduit pour supprimer la partie linéaire et avoir une raideur cubique pure. Dans un deuxième temps, le concept du NES est validé expérimentalement par des essais statiques et des essais dynamiques. Une analyse de sensibilité est aussi menée sur la longueur des ressorts précontraints, elle dénote parfois un état bistable de l'oscillateur. Ensuite, le NES bistable ainsi obtenu est étudié plus en détail. Ce type d'absorbeur s'avère être très robuste pour différents types d’excitation. Des études expérimentales sont aussi menées afin d'explorer le comportement dynamique. Enfin, un critère de conception est proposé pour le NES à Vibro-Impact. Des calculs analytiques détaillés sont proposés pour contrôler les vibrations sous différentes excitations. L'étude expérimentale montre une bonne cohérence avec les résultats théoriques.


  • Résumé

    The work presented in this thesis deals with the passive control of dynamics systems subjected to harmonic and transient excitations using a Nonlinear Energy Sink (NES). Several research aspects have been developed: design theory and experimental study of a novel NES, efficient Targeted Energy Transfer (TET) of bistable NES and design criteria for optimally tuned Vibro-Impact (VI) NES. Firstly, a design criterion intended to provide optimal nonlinear stiffness is proposed. Then a novel design of NES system yielding cubic stiffness with conical springs or variable pitch springs and negative stiffness mechanism is developed. Secondly, the experimental procedures for static and dynamic test are presented and applied to validate the concept of NES system. Then a sensitivity analysis is performed with respect to the pre-compressed length of springs. Thirdly, the optimal design of the above device with negative stiffness (termed as bistable NES) is studied. This type of NES is proved to work robustly for different types of excitation, and experimental study of semi-active control are explored. Finally, design criteria for optimally tuned VI NES are studied. Detailed analytical calculations of clearance to control the vibration under different excitations are proposed. A good correspondence between theoretical and experimental results is observed.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2018 par INSA Toulouse [diffusion/distribution] à Toulouse

Theoretical and experimental study of tuned nonlinear energy sink : application to passive vibration control


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Informations

  • Sous le titre : Theoretical and experimental study of tuned nonlinear energy sink : application to passive vibration control
  • Détails : 1 vol.(xvii-150 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.135-147
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