en fr Piezoelective semi-active networks for structural vibration damping with energy redistribution Amortissement semi-actif de structures par éléments piézoelélectriques connectés en réseaux Reportar como inadecuado




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1 LGEF - Laboratoire de Génie Electrique et Ferroélectricité

Abstract : Structural vibration control is an important issue and has received considerable research attention in many industry applications. Researches investigated various approaches to reduce undesirable vibrations. The smart materials can control and suppress vibration in an efficient and -intelligent- way without causing much additional weight. The majority of research in smart damping materials has focused on the control of composite structure using embedded or bonded piezoelectric transducers. The advantages of piezoelectric materials include high achievable bandwidth, compactness, lightness, easy implementation and good electromechanical coupling characteristics, thus making them appropriate for actuators and sensors applications. Recently, a non-linear semi-passive vibration control technique, so-called Synchronized Switch Damping SSD, has been developed. SSD technique relies on a cumulative build-up of the voltage resulting from the continuous switching of the piezoelectric voltage and it was shown that the performance is strongly related to this total voltage amplitude available. Based on SSD techniques, a new global approach for improved vibration damping of smart structure, based on global energy redistribution by means of a network of piezoelectric elements is proposed in this thesis. The objective of this work is to propose a new approach to increase the piezoelectric voltage also related to the damping operative energy in order to improve the damping performance. In the proposed semi-active approach, the extra energy used to improve this voltage is gathered on the various modes of the structure using an interconnected piezoelectric element network. Two original network topologies are developed for transferring energy. One is named SSDT for -Synchronized Switch Damping by energy Transfer-. The second is defined as SSDD for -Synchronized Switch Damping with Diode-. Performance evaluations and comparisons are performed on a model representative of a clamped plate equipped with piezoelectric elements in the case of multimodal motion. Compared to the Modal-SSDI method used as a baseline, simulation results and a global theoretical model are proposed demonstrating the relationship between the achievable damping improvement and the ratio of transferred energy to the structure mechanical energy, thus proving the capability of a network of piezoelectric elements for global energy management and redistribution in order to improve the vibration damping of smart structures.

Résumé : Le contrôle des vibrations est devenu un enjeu majeur et a reçu une attention considérable dans de nombreuses applications industrielles. Diverses approches de recherche ont été exploitées pour réduire les vibrations indésirables. Les matériaux intelligents développés peuvent contrôler et supprimer les vibrations d-une manière efficace et intelligente avec un poids ajouté supplémentaire négligeable par rapport au système. La majorité des recherches sur les matériaux intelligents a mis l-accent sur le contrôle d’une structure composite constituée avec des transducteurs piézoélectriques intégrés ou liés à la structure. Les avantages des matériaux piézoélectriques sont une bande passante élevée, une grande compacité, leur légèreté, leur facilité de mise en œuvre et les leurs bonnes caractéristiques de couplage électromécanique, ce qui les rend appropriés en tant que actionneurs et capteurs. Récemment, une technique de contrôle de vibration semi-passif non linéaire, appelé SSD Synchronized Switch Damping a été développée. SSD s-appuie sur une élévation cumulative de la tension aux bonnes de l’élément piézoélectrique résultant de la commutation continue de ladite tension. Il a été montré que les performances d’amortissement sont fortement liées à cette amplitude de tension totale disponible. Basé sur les techniques SSD, une nouvelle approche globale pour l-amortissement des vibrations d’une structure -intelligente- est proposée dans cette thèse. Elle est fondée sur une redistribution modale d-énergie par l-intermédiaire d-un réseau d-éléments piézoélectriques. L-objectif de ce travail est d’augmenter la tension piézo-électrique directement lié à l-énergie opératoire d’amortissement pour l-amélioration les performances d-amortissement. Dans cette approche semi-active proposée, l-énergie supplémentaire est fournie par un réseau d-éléments piézoélectriques qui recueille cette énergie sur les différents modes de vibration de la structure. Deux topologies de réseau d-origine sont développées pour le transfert d’énergie. L’une s-appelle SSDT -Synchronized Switch Damping by energy Transfer-. L’autre est définie comme SSDD -Synchronized Switch Damping with Diode-. L’évaluation et la comparaison des performances sont effectuées sur un modèle représentatif d-une plaque encastrée équipée de plusieurs éléments piézoélectriques dans le cas d’une excitation multimodale. Par rapport à la méthode SSDI modale, des résultats de simulation et un modèle global théorique sont enfin proposés pour démontrer la relation entre l-amélioration d’amortissement réalisable et l-énergie transférée par rapport à l-énergie mécanique de la structure. Ces résultats prouvent la capacité d-un réseau d-éléments piézoélectriques dans la gestion et la redistribution d-énergie de la structure pour améliorer l-amortissement de vibrations d’une structure intelligente.

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Keywords : Electrotechnics PiezoElectricity Vibration Multimodal control Piezoelectric element network Synchronized switch damping technique Energy transfer

Mots-clés : Electrotechnique Piézoélectricité Amortissement des vibrations Contrôle multimodal Réseau d-éléments piézoélectriques Technique Transfert d-énergie électrique





Autor: Dan Wu -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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