14/10/2014 - Soutenance de thèse de Chaima Hammami Karray

Avis de soutenance

Chaima HAMMAMI KARRAY

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

« Intégration de modèles de jonctions dissipatives dans la conception vibratoire de structures amorties »

Soutenance prévue le mardi 14 octobre 2014 à 14 heures
Arts et Métiers ParisTech
151 Boulevard de l’hôpital
75013 Paris
Amphi A

Composition du jury :

M. Emmanuel FOLTETE, Professeur, Femto-ST, ENSMM, Rapporteur
M. Thierry TISON, Professeur, LAMIH, Université de Valenciennes, Rapporteur
M. El Mostafa DAYA, Professeur, LEM3, Université de Lorraine, Examinateur
M. Aurélien SENECHAL, Docteur, Airbus Group Innovations, Examinateur
M. Etienne BALMES, PAST HDR, PIMM, ENSAM, Examinateur
M. Mikhail GUSKOV, Maitre de conférences, PIMM, ENSAM, Examinateur

 

Résumé
La dissipation dans les systèmes mécaniques joue un rôle important dans la limitation des niveaux de vibrations qui peuvent causer des difficultés allant de l’inconfort jusqu’à la ruine des structures. L’amortissement intrinsèque des matériaux de structure étant très faible, les jonctions représentent une des sources principales de dissipation. Dans le cadre du projet FUI MAIAS (Maitrise des Amortissements Induits dans les ASsemblages), les travaux présentés ici portent sur la maximisation de l’amortissement induit. Plutôt que de considérer des jonctions élémentaires comme l’essentiel de la littérature, on cherche à traiter des jonctions intégrées dans une structure globale. Après avoir introduit les modèles physiques utilisés pour représenter les comportements viscoélastiques, un premier exemple introduit la notion de couplage qui, par des calculs préalables de sensibilité des fréquences propres élastiques, permet d’assurer que les liaisons contribuent suffisamment au comportement global pour induire de la dissipation. Pour l’étude du couplage et les prédictions plus précises de l’amortissement par calcul de modes complexes, des méthodes de réduction de modèle, adaptées à des problèmes paramétrés, sont nécessaires et différentes stratégies sont détaillées et validées. Une structure, représentative des constructions aéronautiques, présentant des liaisons sous forme d’équerres boulonnées est ensuite utilisé pour illustrer le processus de conception de l’amortissement proposé. L’étude fait apparaitre l’importance fonctionnelle de la zone cohésive sous le boulon et la possibilité d’utiliser la flexibilité résiduelle de la liaison pour introduire une surface de contact structurée, où une couverture partielle par une couche viscoélastique permet un amortissement élevé. La campagne d’essais, réalisée sur trois configurations de jonction, confirme la validité de la conception et les tendances prédites, mais fait aussi apparaitre l’influence des défauts de fabrications, qui limitent ici la surface de contact et l’amortissement induit. Le manuscrit aborde enfin le besoin de modèles représentatifs des liaisons dans des modèles d’ensemble. Bien qu’une réduction de modèle soit possible et souhaitable, la construction de méta-modèles représentant les efforts principaux transmis par les liaisons est utile en modélisation et nécessaire pour l’exploitation d’essais élémentaires. Des stratégies générales de définition des déformations et efforts principaux sont introduites et leur validité illustrée sur deux exemples, où une représentation détaillée des liaisons permet de construire une référence pour des efforts complexes transmis dans les liaisons.

Mots-clés : Amortissement, assemblage mécanique, jonction boulonnée, couplage, matériau viscoélastique, simulation globale, méta-modèle, multi-jonctions, Analyse modale

Abstract

Dissipation in mechanical systems plays an important role in limitation of vibration levels that can cause problems ranging from discomfort to the destruction of structures. Since the intrinsic damping of structural materials is very low, the junctions are a major source of dissipation. Under the FUI project MAIAS (Maitrise des Amortissements Induits dans les ASsemblages), the works presented here deal with raising the induced damping. We seek to treat junctions integrated into an overall structure, rather than considering elementary junctions as most of the literature. After introducing the physical models used in representing viscoelastic behaviors, a first example introduces the concept of coupling. Coupling ensures that junctions contribute sufficiently to the global behavior to induce damping by preliminary calculations of elastic natural frequencies sensitivity. To study this coupling and accurate predictions of the damping by complex modes calculation, methods of model reduction, adapted to parameterized problems, are needed and different strategies are detailed and validated. A structure representing aeronautic construction with joints in the form of bolted brackets is then used to illustrate the design process of the proposed damping. The study brings up the functional importance of the cohesive zone in the bolt and the possibility of using the residual flexibility of the joint. The purpose is to introduce a structured contact surface where partial coverage by a viscoelastic layer enables high damping. The series of tests carried out on three configurations of junction, confirm the validity of the design and the predicted tendencies, but also shows the influence of manufacturing defects by limiting the contact surface and the induced damping. The manuscript finally addresses the need of representative models of joints in overall models. Although model reduction is possible and desirable, the construction of meta-models representing the principal forces transmitted by the joints is useful in modeling and necessary for the operation of basic tests. General strategies for defining strains and principal forces are introduced. Their validity is shown through two examples where a detailed representation of joints is used to build a reference for complex forces transmitted in it.

Keywords: Damping, mechanical assembly, bolted joint, coupling, viscoelastic material, overall simulation, meta-model, multiple junctions, modal analysis