Contribution à la dynamique des poutres gonflables

Contribution to the dynamics of inflatable beams

• Auteur / Autrice : Zhen Jiang
• Direction : Christian Wielgosz, Jean-Christophe Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Membranes (technologie)

Structures gonflables

Mots clés libres

Fréquences propres

Modes propres

Eléments continus

Matrice de rigidité dynamique

Forces suiveuses

Matériau orthotrope

Résumé

Les développements récents des structures gonflables en aéronautique et dans le domaine du bâtiment nécessitent la détermination du comportement dynamique de leurs éléments constitutifs fondamentaux : poutres gonflables. L'objectif de cette thèse est l'analyse modale de cette structure. Des expériences sont menées sur des poutres gonflables en tissus enduits afin de mesurer leur réponse dynamique à différentes pressions internes. Les poutres sont fabriquées avec le même tissu enduit mais avec différentes orientations entre fils de chaîne et de trame par rapport à l'axe de la poutre. Les essais montrent d'une part les évolutions des fréquences propres en fonction de la pression et d'autre part l'influence des propriétés orthotropes du tissu sur la réponse dynamique. Trois études numériques complémentaires sont effectuées. Deux approches de type poutre permettant la recherche des fréquences propres des poutres gonflables sont présentées : une méthode exacte (éléments continus) est d'abord utilisée et on relie les résultats obtenus avec une formulation structure, mais pas la détermination des modes de type membrane, ce qui nous fait introduire la méthode des éléments finis de type membrane 3D. Les non linéarités des membranes (géométriques et matérielles) ont été prises en compte. Les résultats analytiques et numériques sont comparés avec l'expérience dans le cas d'une poutre bi appuyée.

The recent developments of inflatable structures in aeronautics and in the field of the building require the determination of the dynamic behavior of their fundamental components : inflatable beams. The objective of this dissertation is the modal analysis of this type of structures. Experiments are done on inflatable coated fabric beams in order to measure their dynamic response with various internal pressures. The beams are manufactured with same coated fabric but with various orientations between warps and wefts compared to the axis of the beam. The tests show on the one hand the evolutions of the natural frequencies according to the pressure and on the other hand the influence of the orthotropic properties of fabric of the dynamic response. Three numerical studies are carried out. Two beam's approaches allowing the research of the natural frequencies of the inflatable beams are presented : an exact method (continuous elements) is initially used and one connects the results obtained with a finite element formulation of displacements. Type. The internal pressure appears in the solution. Beam's approaches allow the study of the modes of the structure type, but not the determination of the membrane's modes, which makes us introduce the finite membrane 3D elements. The nonlinearities of the membranes (geometrical and material ones) are taken into account. The analytical and numerical results of a simple supported inflatable beam are compared with the experimental results. They are in very good agreement.