Amortissement vibratoire de structures non-linéaires par réseaux piézoélectriques

Résumé

Les shunts piézoélectriques résonants permettent d'atténuer une ou plusieurs résonances de systèmes mécaniques linéaires. Cependant, les applications potentielles regorgent de non-linéarités dues, par exemple, aux comportements matériaux, à de grands déplacements ou encore à des conditions aux limites. Ces non-linéarités introduisent un déréglage du système de contrôle ce qui engendre une diminution des performances en matière d'atténuation des vibrations.

Les absorbeurs vibratoires non-linéaires représentent une alternative intéressante aux absorbeurs linéaires. Basé sur un principe de similarité, l'amortisseur à masse accordée non-linéaire présente une non-linéarité qui possède la même forme mathématique que celle du système à contrôler. A partir de ce concept et de son extension théorique aux absorbeurs piézoélectriques, un shunt résonant non-linéaire entièrement passif a été conçu en introduisant une inductance soumise à une saturation magnétique.

Résultats expérimentaux avec shunt linéaire puis non-linéaire pour l'amortissement vibratoire d'une structure non-linéaire

Le principe de similarité peut être étendu à l'amortissement multimodal par réseaux piézoélectriques. Pour ce faire, des réseaux électriques analogues sont tout d'abord assemblés afin de reproduire la dynamique de la structure dans le domaine linéaire. Un couplage multimodal offre une atténuation des vibrations sur une large gamme de fréquences. Pour autant, des amplitudes de forçage plus élevées mènent à un désaccordage important en raison des non-linéarités mécaniques. Des composants non-linéaires sont donc utilisés dans le réseau électrique de façon à générer des résonances électriques variables, ce qui maintient les performances en matière de réduction vibratoire multimodale. Ainsi, un amortissement large bande d'une structure non linéaire peut être mis en œuvre grâce à un système de contrôle totalement passif.

Réseaux piézoélectrique non-linéaire pour un amortissement multimodal

Durée du projet : En cours, depuis 2018

Partenariats académiques et industriels : Université de Liège

Publications
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B. Lossouarn, J.-F. Deü, G. Kerschen, A fully passive nonlinear piezoelectric vibration absorber, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 376 (2127), 16 pages, 2018. doi

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B. Lossouarn, J.-F. Deü, G. Kerschen. Multimodal damping of a nonlinear structure with a passive piezoelectric network. Proceedings of the 36th Conference and Exposition on Structural Dynamics, IMAC-XXXVI, Orlando, Florida, USA, February 12-15, 2018. link

Domaines d'application