Amortissement multimodal de plaques par réseau piézoélectrique 2D : une expérience de recherche à Georgia Tech

Au Cnam, Paris, le 13 novembre 2015 à 14h

Boris Lossouarn
Doctorant, LMSSC, Cnam, Paris

Le comportement vibratoire d'une structure mince peut se traduire par une dégradation du confort des utilisateurs (mouvements oscillants, bruit) ou de façon plus dramatique par une ruine du système (instabilité, fatigue). Afin de limiter ce phénomène, une solution consiste à utiliser des matériaux dits "intelligents" qui possèdent des capacités de conversion de l'énergie mécanique sur de larges plages de fréquence et de température. Un couplage électromécanique peut être mis en œuvre par l'utilisation de matériaux piézoélectriques.

Parmi les solutions classiques d'amortissement piézoélectrique passif, on peut noter l'utilisation de «shunts» dissipatifs. La déformation du matériau soumis aux vibrations crée un courant électrique dans un circuit volontairement résistif. La dissipation de l'énergie électrique, provenant elle-même d'une conversion électromécanique, traduit un amortissement vibratoire. L'ajout d'une inductance dans le circuit crée une résonance électrique due à l'échange de charges avec la capacité du patch. Ainsi, l'ajustement de la fréquence propre de ce «shunt» résonant à celle de la structure mécanique équivaut à la mise en œuvre d'un amortisseur à masse accordée. L'échange d'énergie est alors optimisé autour de la fréquence de contrôle et l'amplitude vibratoire est réduite par dissipation électrique.

Cette stratégie peut être étendue au contrôle d'une structure multimodale par multiplication du nombre de patchs piézoélectriques. Ceux-ci sont connectés à un réseau électrique ayant un comportement modal approximant celui de la structure à contrôler. Le réseau multi-résonant permet donc le contrôle simultané de plusieurs modes mécaniques. La détermination de la topologie adéquate peut être menée par discrétisation de la structure mécanique et application de l'analogie électromécanique.

Cette méthode a été mise en œuvre au LMSSC pour l'amortissement de structures unidimensionnelles de type barre ou poutre. Une visite de 9 mois encadrée par Dr Cunefare au Georgia Institute of Technology a ensuite contribué à étendre la stratégie au contrôle de plaques minces par mise en œuvre d'un réseau électrique bidimensionnel.



Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés - LMSSC