Equivalent model of multilayered structures with imperfect interfaces
Modèle équivalent de structures multicouches à interfaces complexes
Résumé
The work presented here aims to incorporate the imperfect interface modelling into an equivalent model extensively used. The goal is to add new modeling possibilities to the equivalent models, which usually assume that the displacement field and the stresses are continuous at interfaces. The state of the art is presented in the first chapter. Firstly, the classification of the equivalent models is synthesized and discussed. Then, a focus on imperfect interface models is carried out. In addition, an introduction to contact mechanics is given, which is a field of research highly connected with imperfect interface modeling. The second chapter is about the model developed during this PhD thesis. The equivalent model is done on the basis of an already existing model; only the interface conditions are written differently in order to consider imperfect interfaces. The latter are modeled thanks to a spring approach. The stiffness of the spring depicts the coupling of the layers in contact. This is symbolized by the interface parameter B, which is the interface compliance. Several characterization methodologies for a beam are detailed in the third chapter. A complete overview of the methodology finally used is presented, which includes the measurement of the kinematic field by means of a laser vibrometer (LDV). The transverse displacement is then used to compute the dynamical parameters of the structure under bending. These parameters are called apparent parameters because they are estimated from the equation of the transverse displacement of an equivalent beam. The post-processing used to increase the frequency bandwidth of the results is also detailed. Finally, the typical results of a multilayered beam characterization are shown and compared to modal analysis. In the final chapter, the modeling methodology and the experimental methodology are both used to characterize samples with imperfect interfaces. The goal is to compute the dynamical parameters for different samples, particularly the interface parameter B. The results are used not only as a validation of the model, but also to get an experimental value of the interface parameter in dynamics. This study was done on a dozen different samples. It is examined how the interface impacts the dynamics of a sandwich panel in terms of both frequency and space.
Les travaux de recherche présentés traitent du développement d'un modèle
Équivalent préexistant en y incluant une modélisation d'interfaces imparfaites. Le but est d'enrichir les possibilités de modélisation dans les modèles équivalents actuels qui font généralement l'hypothèse d'une continuité parfaite du champ de contrainte et du champ de déplacement. Le premier chapitre de ce manuscrit correspond à la synthèse bibliographique de la littérature utilisée pour les présents travaux. Cette synthèse détaille les principales familles de modèles multicouches dans la littérature scientifique actuelle, ainsi que quelques remarques sur leur classification. Une attention particulière a été portée sur la modélisation des interfaces imparfaites ainsi que leur mise en évidence expérimentale. Quelques éléments introductifs de mécanique du contact sont aussi apportés en suppléments à souligner l'importance de ce type de modélisation dans l'implémentation des interfaces imparfaites. Le second chapitre est dédié à la présentation du modèle développé au cours de cette thèse. Le modèle équivalent est issu d'un modèle préexistant, pour lequel les conditions de couplage aux interfaces sont modifiées dans le but d'implémenter des interfaces imparfaites. Ces dernières sont modélisées à l'aide d'une raideur et d'un amortissement. Une rigidité élevée correspond à un bon couplage, à l'inverse, une rigidité faible correspond à un mauvais couplage. Ceci est décrit à travers un seul paramètre, le paramètre d'interface B qui est l'inverse de la rigidité d'interface. Ce paramètre est dépendant de chaque couche, mais il peut aussi être utilisé comme une valeur globale sur l'imperfection apparente de l'ensemble de la structure. La méthodologie de caractérisation d'une structure plane et en particulier d'une poutre est détaillée dans le troisième chapitre. Une synthèse bibliographique succincte est présentée autour des méthodes de mesure du champ cinématique d'une structure, et des méthodes d'identification des paramètres dynamiques d'une structure. Une vue complète de la méthodologie retenue est ensuite présentée, telle que l'utilisation d'un vibromètre laser et du banc expérimental pour réaliser une mesure du champ de déplacement ou des vitesses. Finalement, le champ de déplacement transverse mesuré est utilisé pour déduire les paramètres dynamiques de la structure de flexion. Les éléments principaux de post-traitement employés sont présentés en détails, ils ont notamment permis l'extension de la méthode de caractérisation jusqu'à 100kHz. Ce chapitre se conclut sur la présentation des résultats attendus pour une structure multicouche. Ils sont comparés à des résultats obtenus par de l'analyse modale pour les valider car ces deux méthodes sont sensibles à des paramètres différents. La modélisation ainsi que de la méthodologie expérimentale sont finalement employées d'une manière complémentaire dans le quatrième chapitre. L'objectif est de réaliser la caractérisation dynamique d'échantillons aux interfaces imparfaites, et plus particulièrement l'identification du paramètre d'interface B. Cela permet de valider le modèle avec des résultats expérimentaux, mais aussi de pouvoir obtenir une valeur expérimentale du paramètre d'interface en fonction de la fréquence. Ce travail a été effectué sur près d'une dizaine d'échantillons différents. L'étude des interfaces imparfaites est visualisée en fonction de la fréquence, mais aussi en fonction de l'espace. Une approche complémentaire entre ces deux visualisations est finalement effectuée afin de procurer des résultats de caractérisation plus détaillés.
Domaines
Acoustique [physics.class-ph]
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)