Contrôle actif des vibrations de structures élancées FGPM

par Jonas Maruani

Thèse de doctorat en Mécanique, génie mécanique génie civil

Sous la direction de Laurent Gallimard.


  • Résumé

    Cette thèse vise à montrer la faisabilité et l’efficience du contrôle actif des vibrations des structures faites à partir de matériaux piézoélectriques à gradient de propriétés (FGPM). Une structure formée d’un seul bloc, fabriquée à partir d’un FGPM, intégrant directement les propriétés piézoélectriques permet de remplacer les structures classiques dites intelligentes (une structure hôte équipée de pastilles piézoélectriques) et de supprimer les inconvénients dont souffrent ces structures (concentrations de contraintes aux interfaces, décollement des pastilles, …). La recherche se concentre sur la modélisation des FGPM, en particulier sur les lois de comportement graduelle de ce matériau et le développement d’éléments finis de structures élancées FGPM. Deux éléments sont développés, un élément de poutre basé sur la cinématique de Timoshenko et un élément de plaque basé sur une cinématique adaptative. Ces deux éléments intègrent une approximation par couches numériques pour le potentiel électrique.Ils sont utilisés pour simuler le contrôle actif des vibrations d’une poutre ou d’une plaque FGPM.Dans le cas poutre, le système est régulé par un régulateur linéaire quadratique, alors que dans le cas plaque, un régulateur flou décentralisé a été développé et utilisé. Les deux systèmes sont observés grâce à un observateur de Luenberger. Des études statiques permettent de comprendre le comportement du FGPM en fonction de sa gradation. De plus, les simulations de contrôle actif présentées montrent la faisabilité du contrôle par les deux systèmes et la capacité du régulateur flou à s’adapter facilement aux changements brutaux de perturbations extérieures.

  • Titre traduit

    Active vibration control of FGPM structures


  • Résumé

    The aim of this thesis is to show the feasibility and the efficiency of active vibration control by structures made of functionally graded piezoelectric materials (FGPM). One bloc structure, made of FGPM, with piezoelectric properties embedded, is used to replace classical intelligent structures (a host structure equipped with piezoelectric patches) and to remove their disadvantages (stresses concentrations near interface, delamination of patches, …).This study focuses on the FGPM’s modelization, in particular on the graded behavior laws and on the development of finite elements of FGPM beams and plates. Two finite element are implemented, a beam element based on Timoshenko’s kinematics and a plate element based on an adaptive kinematics. Both elements have a numerical layers approximation for the electrical potential. These two elements are used for active vibration control simulations. In the beam case, the system is governed by a linear quadratic regulator. Otherwise, for the plate a fuzzy decentralized regulator is developed and used. Both systems beam and plate are observed thanks to a Luerberger’s observer. Static studies show the behavior of FGPM depending on the material gradation. In addition, active vibration simulations show the feasibility of control with both systems and the ability of fuzzy regulator to accommodate to sudden changes on external perturbations.


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