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Eléments finis viscoélastiques stochastiques pour la conception robuste des structures mécaniques

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Academic year: 2021

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HAL Id: hal-01508939

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01508939 Submitted on 15 Apr 2017

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Public Domain

Mohamed Guedri, A.M.G. Lima, Nourredine Bouhaddi, D.A. Rade

To cite this version:

Mohamed Guedri, A.M.G. Lima, Nourredine Bouhaddi, D.A. Rade. Eléments finis viscoélastiques stochastiques pour la conception robuste des structures mécaniques. 8e Colloque national en calcul des structures, CSMA, May 2007, Giens, France. �hal-01508939�

(2)



eOpPHQWV ILQLV YLVFRpODVWLTXHV VWRFKDVWLTXHV

SRXU OD FRQFHSWLRQ UREXVWH GHV VWUXFWXUHV

PpFDQLTXHV





0*8('5, $0*/,0$ 1%28+$'', '$5$'( 



Institut Préparatoire aux Études d’Ingénieur, 8000 M’rezgua, Nabeul - TUNISIE

Université Fédérale d’Uberlandiara, Faculté de Mécanique & Ingénieries, Campus Santa Monica, P.O.Box 593, CEP 38400-902 – Uberlandia / MG BRESIL

Institut FEMTO ST UMR 6174 - Laboratoire de Mécanique Appliquée

Université de Franche-Comté, 24 Chemin de l’Epitaphe 25000 Besançon FRANCE

RÉSUMÉ. Dans cet article, on propose un modèle de propagation des incertitudes qui est

introduit au niveau des éléments finis et concerne les paramètres de design de la structure et du traitement viscoélastique. Pour réduire les coûts induits par la taille du modèle, les calculs itératifs des effets des incertitudes et le caractère non-linéaire de l’amortissement viscoélastique, on propose l’utilisation de la méthode de perturbation modale.

$%675$&7In this paper, a model of propagation of uncertainties is introduced on the level of

the finite elements and relates to the parameters of design of the structure and those of the viscoelastic treatment. To reduce the numerical costs induced by the size of the model, by iterative calculations of the effects of uncertainties and the non-linear character of viscoelastic damping, the use of the modal perturbation method is suggested.

MOTS-CLÉS : Méthode des éléments finis stochastiques ; Amortissement viscoélastique ;

Incertitudes ; Méthode de perturbation modale ; Paramétrisation.

KEYWORDS: Stochastic finite element method; Viscoelastic damping; Uncertainties; Modal

perturbation method; Parameterisation.



,QWURGXFWLRQ

/DPDvWULVHGHVSKpQRPqQHVYLEUDWRLUHVHVWXQSRLQWHVVHQWLHOGDQVODFRQFHSWLRQ PpFDQLTXHGHVV\VWqPHVFRPSOH[HV/HFRQWU{OHGXEUXLWHWGHVYLEUDWLRQVGHPHXUH HQFRUH O¶XQH GHV SUpRFFXSDWLRQV PDMHXUHV GHV LQGXVWULHOV GDQV SOXVLHXUV GRPDLQHV DpURQDXWLTXHDXWRPRELOHpOHFWURPpQDJHUHWF /HVPDWpULDX[YLVFRpODVWLTXHVVRQW ODUJHPHQW XWLOLVpV GDQV SOXVLHXUV DSSOLFDWLRQV LQGXVWULHOOHV VRLW FRPPH GHV GLVSRVLWLIVGLVFUHWVVRLWVRXVIRUPHGHWUDLWHPHQWVFRQWLQXVSDUFRXFKHVFRQWUDLQWHV 1DVKLI et al.,   SRXU DERXWLU j XQH FRQFHSWLRQ HIILFDFH GHV DPRUWLVVHXUV YLVFRpODVWLTXHVGHVWUXFWXUHVLQGXVWULHOOHV

(3)

x z   A B C D A B C D    h 1 h2 h3 w w u3 u 1 uC u B w w FRXFKHYLVFRpODVWLTXH FRXFKHpODVWLTXH FRXFKHpODVWLTXH FRXFKHEDVH x z u1 FRXFKHYLVFRpODVWLTXH FRXFKHFRQWUDLQWH u 3 u2 β1 β2 1 w 1 w w2 w2 β3

'DQV FHWWH pWXGH OHV pOpPHQWV ILQLV YLVFRpODVWLTXHV GHV PRGqOHV PXOWLFRXFKHV VRQWLQWURGXLWVVRXVXQHIRUPHSDUDPpWUpHIDFLOLWDQWODSURSDJDWLRQGHVLQFHUWLWXGHV VXU OHV SDUDPqWUHV 3RXU GLPLQXHU OHV WHPSV GH FDOFXO OLpV j OD TXDQWLILFDWLRQ GHV HIIHWVGHVLQFHUWLWXGHVODPpWKRGHGHSHUWXUEDWLRQPRGDOH *XHGULet al., HVW XWLOLVpHjO¶LQVWDUGHODVLPXODWLRQGLUHFWHGH0RQWH&DUORHWSHUPHWG¶DVVXUHUDYHF XQHSUpFLVLRQVXIILVDQWHOHFDOFXOGHODUpSRQVHG\QDPLTXHVWRFKDVWLTXH

Pour plus de détails, le lecteur est invité à consulter la version électronique de ce document, disponible sur le cd-rom des actes de la conférence.

0RGqOHpOpPHQWILQLYLVFRpODVWLTXHPXOWLFRXFKHGHSRXWUH

6HORQ OD WKpRULH OLQpDLUH GH OD YLVFRpODVWLFLWp &KULVWHQVHQ   OD UHODWLRQ XQLGLPHQVLRQQHOOHGHFRQWUDLQWHGpIRUPDWLRQSHXWrWUHH[SULPpHGDQVOHGRPDLQHGH /DSODFH HQ IRQFWLRQ GX module statique G  UHSUpVHQWDQW OH FRPSRUWHPHQWr pODVWLTXHHWGHODfonction de relaxationDVVRFLpHDX[HIIRUWVGHGLVVLSDWLRQ H

( )

s  &HWWHUHODWLRQFRQGXLWjO¶H[SUHVVLRQGXPRGXOHFRPSOH[H

( )

ω G

( )

ω iG

( )

ω G

( )

ω

(

iη

( )

ω

)

G = +  = +  >@

RG

( )

ω  HWG

( )

ω  VRQW UHVSHFWLYHPHQW le module de stockage HW le module de perte, HWη

( )

ω HVWle facteur de perte

/D WHPSpUDWXUH HVW XQ IDFWHXU HQYLURQQHPHQWDO WUqV LQIOXHQW VXU OHV SURSULpWpV GHV PDWpULDX[YLVFRpODVWLTXHV 1DVKLIet al., 2QGpILQLWOHIDFWHXUGHGpFDODJHHW GHIUpTXHQFHUpGXLWHRωr =αT

( )

T ω HVWODIUpTXHQFHUpGXLWHω HVWODIUpTXHQFH GH[FLWDWLRQαT

( )

T HVWOHIDFWHXUGHGpFDODJHHWT ODWHPSpUDWXUHGHUpIpUHQFH

( ) (

T G T

) (

G T

)

G ω = ωr = αT ω η

(

ωrT

) (

=η αT ωT

)

 >@ 2QXWLOLVHODIRUPXODWLRQSDUpOpPHQWVILQLVG¶XQHSRXWUHVDQGZLFKjWURLVFRXFKHV ILJXUH  EDVpHVXUOHGpYHORSSHPHQWSURSRVpGDQV /HVHXWUHet al., HWPLV HQRHXYUHSDU /LPDet al.,      

(4)

3RXU XQ PRGqOH pODVWLTXH GH SODTXH RX GH SRXWUH OH SDUDPpWUDJH pOpPHQWDLUH HVW UpDOLVpHQGpFRXSODQWOHVHIIHWVGHPHPEUDQHHWGHIOH[LRQVRXVODIRUPHVXLYDQWH

( )

h h

(

Mm M f

)

M ρ = ρ + K

( )

Eh = EhKm +Eh Km >@ Rρ HVWODGHQVLWp h HVWO¶pSDLVVHXUHW E HVWOHPRGXOHG¶<RXQJ

3RXUOHPRGqOHYLVFRpODVWLTXHRQSURSRVHXQSDUDPpWUDJHGHVPDWULFHVpOpPHQWDLUHV HQGpFRXSODQWOHVHIIHWVGHPHPEUDQHIOH[LRQHWFLVDLOOHPHQWDXQLYHDXGHFKDTXH FRXFKHTXLFRPSRVHOHPRGqOHVDQGZLFKpOpPHQWDLUH 0RGqOHG\QDPLTXHVWRFKDVWLTXH /DIRUPXODWLRQGHVpOpPHQWVILQLVVWRFKDVWLTXHVYLVFRpODVWLTXHVGpYHORSSpHGDQV FHWWHpWXGHH[SORLWHGLUHFWHPHQWOHVWUDYDX[GH*KDQHP *KDQHPet al.,  /HV LQFHUWLWXGHV VXU OD WHPSpUDWXUH VRQW LQWURGXLWHV SDU O¶DSSUR[LPDWLRQ

( )

θ T

(

δT ξ

( )

θ

)

T =  +  2 T  HVW OD WHPSpUDWXUH PR\HQQH δT HVW OD GLVSHUVLRQ VXU T ξ

( )

θ VRQWGHVYDULDEOHVDOpDWRLUHVJDXVVLHQQHVFHQWUpHVUpGXLWHV

/HVPDWULFHVVWRFKDVWLTXHVGHUDLGHXUpOpPHQWDLUHVDVVRFLpHVDX[FRXFKHVpODVWLTXHV Ke

( )

θ HWjODFRXFKHYLVFRpODVWLTXH Kv

(

ωθT

)

V¶H[SULPHQWVRXVODIRUPH

( )

θ K

( )



( )

θ K

( )



( )

θ

Ke = + ; Kv

(

ωθT

) (

=G ωθT

)

Kv

( )

  >@ /¶pTXDWLRQ G¶pTXLOLEUH G¶XQH VWUXFWXUH VWRFKDVWLTXH DPRUWLH VRXPLVH j XQH H[FLWDWLRQKDUPRQLTXHGpWHUPLQLVWHV¶pFULWVRXVODIRUPH

(

)

( )

(

)

( ) (

) ( )

( )

( )

ω θ

( )

ω θ θ ω θ ω θ ω θ ω θ ω θ ω           q c y u b q T Z q M T K = = = − >@

R OD PDWULFH UDLGHXU K  HVW WHOOH TXH  K

(

ωθT

)

= Ke +Kv

(

ωθT

)



( )

N R q ωθ ∈ HW f =bu

( )

ωθ ∈RN VRQWOHVYHFWHXUVGHGpSODFHPHQWHWGHVIRUFHV H[WpULHXUHVHWy

( )

ωθ HVWOHYHFWHXUUpSRQVH /HVpTXDWLRQV  HW  FRQGXLVHQWjODPDWULFHGHUDLGHXUG\QDPLTXH

(

ω θ T

)

K

( ) (

θ G ω θ T

) ( )

K θ ω M

( )

θ Z   = e +   v −   >@ 'DQVOHFDVG¶XQPRGqOHpOpPHQWVILQLVGHJUDQGHWDLOOHOHFDOFXOGHODUpSRQVH G\QDPLTXH XWLOLVH GHV PpWKRGHV DSSURFKpHV GH UpVROXWLRQ GX V\VWqPH QRQOLQpDLUH HQIUpTXHQFH 'XLJRXet al., /HSUREOqPHKRPRJqQHGpWHUPLQLVWHV¶pFULW

( )

(

Ke +G ω Kv ωM

)

Y = >@ /HV PpWKRGHV TXDVL H[DFWHV 'XLJRX et al.,   SHUPHWWHQW GH FDOFXOHU OH PRGH FRPSOH[H Y  HW O¶DPRUWLVVHPHQW /HV PRGHV SURSUHV DOpDWRLUHV ωj HW Y j FDOFXOpV SDU OD PpWKRGH GH SHUWXUEDWLRQ PRGDOH *XHGUL et al.,   VHORQ XQH GpFRPSRVLWLRQjO¶RUGUHV¶pFULYHQW

(5)

( )

¦

( )

= ∂ ∂ + = q r r r j j j  θ ξ ξ ω ω θ ω 

( )

¦

( )

= ∂ ∂ + = q r r r j j j Y Y Y  θ ξ ξ θ  >@ /HFDOFXOGHODUpSRQVHDYHFXQHEDVHWURQTXpHGHVPRGHVSURSUHVDOpDWRLUHVHVW

(

)

¦

( ) ( )

= =     N j j j Y T FRF ω θ α ω θ θ 

( )

( )

( )

(

) ( )

(

)

    θ ω η ω θ θ ω α j T j j i b Y c + + − =  >@ 6LPXODWLRQQXPpULTXH ,OV¶DJLWG¶XQSRUWLTXH' )LJXUH /¶HPSODFHPHQWGHVSDWFKHVYLVFRpODVWLTXHV HVWREWHQXSDUOHFULWqUHpQHUJpWLTXHMSE Modal Strain Energy /¶REMHFWLIHVWGH PLQLPLVHU O¶DPSOLWXGH GH OD UpSRQVH GH WHOOH VRUWH TX¶HOOH QH GpSDVVH SDV XQ VHXLO IL[p D SULRUL GDQV OD EDQGH > ± +]@ 2Q H[DPLQH O¶HIIHW GHV SDWFKHV DYHF GHV SDUDPqWUHV LQFHUWDLQV VXU OH FRPSRUWHPHQW G\QDPLTXH GH OD VWUXFWXUH (QVXLWH RQ pWXGLH OH FRPSRUWHPHQW GH FHWWH VWUXFWXUH DPRUWLH j OD TXHOOH RQ UDMRXWH XQ DPRUWLVVHXUGLVFUHWD\DQWGHVSDUDPqWUHVLQFHUWDLQV

/HWDEOHDX  SUpVHQWHOHVIUpTXHQFHVSURSUHVDOpDWRLUHV HUHWqPHPRPHQW GHOD

VWUXFWXUH/DILJXUH  LOOXVWUHO¶pYROXWLRQGHODPR\HQQHHWOHVVWDWLVWLTXHVH[WUrPHV GHODUpSRQVHDOpDWRLUH/HVSHUIRUPDQFHVGHODPpWKRGHSURSRVpHVRQWLOOXVWUpHVHQ WDEOHDX  3RXUDPRUWLUGDYDQWDJHOHVGHX[SUHPLHUVPRGHVGXSRUWLTXHRQUDMRXWH XQ DPRUWLVVHXU GLVFUHW /D ILJXUH   PRQWUH O¶HIILFDFLWp GH FHWWH VROXWLRQ HW OD YDULDELOLWpGHODUpSRQVH  )UpTXHQFH GpWHUPLQLVWH VDQVYLVFR  )UpTXHQFH HUPRPHQW  DYHFYLVFR  )UpTXHQFH qPHPRPHQW  DYHFYLVFR                             

7DEOHDXFréquences propres aléatoires de la structure sans/avec traitements

 0&6 WLUDJHV  030 WLUDJHV  &38 +HXUHV +HXUHV

7DX[GHUpGXFWLRQ    

(6)



)LJXUHMEF du portique avec patches viscoélastiques et un amortisseur discret

 

)LJXUHMoyenne et statistiques extrêmes de la réponse aléatoire

&RQFOXVLRQ 'DQVFHWDUWLFOHRQSURSRVHXQPRGqOHGHSURSDJDWLRQGHVLQFHUWLWXGHVLQWURGXLWDX QLYHDXGHVpOpPHQWVILQLVHWFRQFHUQHOHVSDUDPqWUHVGHGHVLJQGHODVWUXFWXUHHWGX WUDLWHPHQWYLVFRpODVWLTXH3RXUUpGXLUHOHVFR€WVQXPpULTXHVLQGXLWVSDUODWDLOOHGH Nf Nf No No No No

&RXFKHEDVH YLVFRpODVWLTXH&RXFKH

E îP E îP KE îP KY îP ( î1P ν  ȡ .JP ȡ .JP  &RXFKHFRQWUDLQWH E îP KF îP ( î1P ȡ .JP 0DWpULDXYLVFRpODVWLTXH 6WUXFWXUH $PRUWLVVHXUGLVFUHW 70

(7)

PRGqOHV OHV FDOFXOV LWpUDWLIV GHV LQFHUWLWXGHV HW OH FDUDFWqUH QRQOLQpDLUH GH O¶DPRUWLVVHPHQW YLVFRpODVWLTXH RQ SURSRVH XQ SDUDPpWUDJH GHV PDWULFHV pOpPHQWDLUHVGHVpOpPHQWV ILQLVpODVWLTXHV HWYLVFRpODVWLTXHVDLQVLTXHO¶XWLOLVDWLRQ GHODPpWKRGHGHSHUWXUEDWLRQPRGDOH&HWWHPpWKRGHHVWDXVVLYDOLGpHGDQVOHFDV G¶pOpPHQWVILQLVVWRFKDVWLTXHVGHSODTXHVPLQFHV

 

)LJXUHMoyenne et statistiques extrêmes de la réponse aléatoire

5pIpUHQFHV

&KULVWHQVHQ50Theory of viscoelasticity: an introductionAcademic press, Inc., New York,

2nd Edition, 1982.

'XLJRX / 'D\D (0 3RWLHU)HUU\ 0 ,WHUDWLYH DOJRULWKPV IRU QRQOLQHDU HLJHQYDOXH SUREOHPV DSSOLFDWLRQ WR YLEUDWLRQV RI YLVFRHODVWLF VKHOOV Computer Methods in Applied

Mechanics and Engineering, 192, 1323-1335, 2003.

*KDQHP5*6SDQRV3'Stochastic finite elements: A spectral approachS.V., 1991. *XHGUL0%RXKDGGL10DMHG55HGXFWLRQRIWKHVWRFKDVWLFILQLWHHOHPHQWPRGHOVXVLQJD

UREXVWG\QDPLFFRQGHQVDWLRQPHWKRG J. Sound and Vibration, 297, 123-145, 2006.

/HVHXWUH*$/HH8$ILQLWHHOHPHQWIRUEHDPVKDYLQJVHJPHQWHGDFWLYHFRQVWUDLQHGOD\HUV ZLWKIUHTXHQF\GHSHQGHQWYLVFRHODVWLFSmart Mat. & Struct., 5 (5): 615-627, 1996.

/LPD $0* 6WRSSD 0+ 5DGH '$ )LQLWH HOHPHQW PRGHOOLQJ DQG H[SHULPHQWDO FKDUDFWHUL]DWLRQ RI EHDPV DQG SODWHV WUHDWHG ZLWK FRQVWUDLQHG GDPSLQJ OD\HUV

Proceedings of the 17th COBEM, Sao Paulo-SP, Brazil, 2003.

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