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Contribution à l'étude de la dynamique de poutres gonflables

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Academic year: 2021

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HAL Id: hal-01492463

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01492463 Submitted on 20 Mar 2017

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Public Domain

Contribution à l’étude de la dynamique de poutres

gonflables

Zhihong Jiang, Jean-Christophe Thomas, Christian Wielgosz

To cite this version:

Zhihong Jiang, Jean-Christophe Thomas, Christian Wielgosz. Contribution à l’étude de la dynamique de poutres gonflables. 8e Colloque national en calcul des structures, CSMA, May 2007, Giens, France. �hal-01492463�

(2)

&RQWULEXWLRQ j O¶pWXGH GH OD G\QDPLTXH GH

SRXWUHVJRQIODEOHV





=-LDQJ-&7KRPDV&:LHOJRV]



GeM, Institut de Recherches en Génie Civil et Mécanique, UMR-CNRS 6183 Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, 44322 Nantes, France



RÉSUMÉ. A la suite des études concernant la statique des structures gonflables, on s’intéresse ici à l’analyse modale des poutres gonflables. Les développements récents dans les domaines de l’ingénierie spatiale et du bâtiment nécessitent la détermination du comportement en dynamique des éléments constitutifs fondamentaux de ce type de structures : tubes et tore. Cet article présente trois études numériques complémentaires : deux approches de type poutre permettant la recherche des fréquences propres des poutres gonflables. Une méthode exacte est d’abord utilisée (éléments continus) et on relie les résultats obtenus avec une formulation éléments finis de type déplacements. Ces résultats sont ensuite comparés avec les résultats d’un code de type membrane 3D en grandes transformations développé pour les structures gonflables, et avec des expériences menées sur des poutres en tissu enduit.

ABSTRACT. Following the studies concerning the statics of the inflatable structures, one is

interested here in the modal analysis of the inflatable beams. The recent developments in the fields of space engineering and the building require the determination of the behavior in dynamics of the fundamental components of this type of structures: tubes and torus. This article presents three complementary numerical methods: two approaches of the beam type allowing the research of the natural frequencies of the inflatable beams. An exact method is firstly used (continuous elements method) and one connects the results obtained with a finite element formulation of displacements type. These results are then compared with the results of a code of the type membrane 3D in large transformations developed for the inflatable structures, and with experiments.

MOTS-CLÉS:éléments continus, matrice de rigidité dynamique, forces suiveuses, structures

gonflables, modes propres

KEYWORDS: continuous element, dynamic stiffness matrix, follower force, inflatable structure,

mode shape.        

(3)



 ,QWURGXFWLRQ

/HV VWUXFWXUHV JRQIODEOHV VH GpYHORSSHQW GH SOXV HQ SOXV GDQV GH QRPEUHX[ GRPDLQHVHQUDLVRQGHOHXUVSURSULpWpVSDUWLFXOLqUHVFRPPHOHXUOpJqUHWpOHXUIDLEOH YROXPHGHVWRFNDJHOHXUILDELOLWpDXGpSORLHPHQWOHXUIDFLOLWpGHFRQFHSWLRQHWGH PLVHHQRHXYUHHWF3RXUODSOXSDUWGHVVWUXFWXUHVJRQIODEOHVVSDWLDOHVRXGHJpQLH FLYLOOHVpOpPHQWVGHEDVHVRQWORQJVHWWXEXODLUHVHWSHXYHQWrWUHFRQVLGpUpVFRPPH GHVSRXWUHVJRQIODEOHV )DQHWDO $ODVXLWHGHVpWXGHVFRQFHUQDQWODVWDWLTXH GHVSRXWUHVJRQIODEOHV 7KRPDVHWDO/HYDQHWDO RQV¶LQWpUHVVHLFLj O¶DQDO\VHPRGDOHGHFHVpOpPHQWV,OH[LVWHDVVH]SHXG¶pWXGHVVXUFHVXMHW0DLQHW DORQWDQDO\VpODG\QDPLTXHGHVSRXWUHVJRQIODEOHVHQXWLOLVDQWXQHWKpRULHGHSRXWUH GH W\SH (XOHU%HUQRXOOL 0DLQ HW DO  -KD D WURXYp OHV IUpTXHQFHV SURSUHV HW PRGHVSURSUHVGHVSRXWUHVHWGHVWRUHVJRQIODEOHVHQXWLOLVDQWXQHWKpRULHGHFRTXHV -KD HW DO  &HW DUWLFOH SUpVHQWH WURLV pWXGHV QXPpULTXHV FRPSOpPHQWDLUHV SHUPHWWDQW OD UHFKHUFKH GHV IUpTXHQFHV SURSUHV GHV SRXWUHV JRQIODEOHV GHX[ DSSURFKHV GH W\SH SRXWUH HW XQH DSSURFKH GH W\SH PHPEUDQH /D PpWKRGH GHV pOpPHQWV FRQWLQXV 7KRPDV HW DO HVW G¶DERUG XWLOLVpH SXLV RQ UHOLH OHV UpVXOWDWVREWHQXVDYHFXQHIRUPXODWLRQpOpPHQWVILQLVHQGpSODFHPHQWV&HVUpVXOWDWV VRQWHQVXLWHFRPSDUpVDYHFGHVH[SpULHQFHVPHQpHVVXUGHVSRXWUHVHQWLVVXHQGXLW (QILQ XQH PpWKRGH GHV pOpPHQWV ILQLV GH W\SH PHPEUDQH ' HQ JUDQGHV WUDQVIRUPDWLRQVHVWSUpVHQWpHSRXUPRGpOLVHUOHVPRGHVSURSUHVGHPHPEUDQHV 

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(4)

                                                              

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 0DWULFHV FDUDFWpULVWLTXHV FDOFXOpHV SDU OD PpWKRGH GHV (OpPHQWV )LQLV GH W\SHSRXWUH )(0 

(Q XWLOLVDQW OD PpWKRGH GHV pOpPHQWV ILQLV FODVVLTXHV HQ WHQDQW FRPSWH GH O¶K\SRWKqVHGH7LPRVKHQNRRQSHXWWURXYHUODPDWULFHGHULJLGLWpHWODPDWULFHGH PDVVHG¶XQHSRXWUHJRQIODEOHHQIOH[LRQ

(5)



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( )

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( )

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$SUqV FDOFXO GH OD OLPLWH GH OD PDWULFH

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CEM

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M FEM  FDOFXOpHSDUODPpWKRGHGHV(OpPHQWV)LQLV

 (WXGHVG\QDPLTXHVGHSRXWUHJRQIODEOHSDUODPpWKRGHGHV(OpPHQWV)LQLV 0HPEUDQH' 0HPE' 

/D SRXWUH JRQIODEOH SHXW rWUH pJDOHPHQW FRQVLGpUpH FRPPH XQH PHPEUDQH IHUPpHD\DQWXQHpSDLVVHXUVXIILVDPPHQWIDLEOHSRXUrWUHGpFULWHJpRPpWULTXHPHQW SDUXQHVXUIDFHPR\HQQH/DSUHVVLRQLQWHUQHSHXWrWUHFRQVLGpUpHFRPPHXQHIRUFH VXLYHXVH2QXWLOLVHXQHORLGHFRPSRUWHPHQWK\SHUpODVWLTXHSRXUOLHUOHWHQVHXUGH FRQWUDLQWHGH3LROD.LUFKKRIIDYHFOHWHQVHXUGHGpIRUPDWLRQGH*UHHQ/DJUDQJHHQ FRRUGRQQpHVFXUYLOLJQH

( )

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(6)

                                                              

RΣ HVWOHWHQVHXUGH3LROD.LUFKKRII E OHWHQVHXUGH*UHHQ/DJUDQJHW O¶pQHUJLH SRWHQWLHOOH pODVWLTXH GX PDWpULDX A HVW OD EDVH QDWXUHOOH FRYDULDQWH GDQV ODi FRQILJXUDWLRQ LQLWLDOH /¶pSDLVVHXU GH OD PHPEUDQH pWDQW IDLEOH GHYDQW VHV DXWUHV GLPHQVLRQV RQ VH SODFH GDQV O¶K\SRWKqVH GHV FRQWUDLQWHV SODQHV 2Q XWLOLVH OH PRGqOHGH6DLQW9HQDQW.LUFKKRIIR λ HW μ VRQWOHVFRHIILFLHQWVGH/DPp 

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(7)

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)LJXUHModes propres d’un tube gonflable  &RQFOXVLRQV

7URLV PpWKRGHV QXPpULTXHV VRQW SUpVHQWpHV SRXU VLPXOHU OD G\QDPLTXH GHV SRXWUHVJRQIODEOHV/DPpWKRGHGH(OpPHQWV&RQWLQXVHVWXWLOLVpHSRXUFKHUFKHUOHV VROXWLRQV H[DFWHV SXLV OD FRKpUHQFH DYHF OD PpWKRGH GH (OpPHQWV ILQLV GH W\SH SRXWUH HVW YpULILpH (QVXLWH XQH PpWKRGH GH (OpPHQWV )LQLV 0HPEUDQH ' HVW SUpVHQWpHSRXUFKHUFKHUOHVPRGHVSURSUHVGHW\SHPHPEUDQH(QILQGHVH[SpULHQFHV VRQWPHQpHVSRXUPHVXUHUOHVIUpTXHQFHVSURSUHVG¶XQHSRXWUHJRQIODEOHELDSSX\pH

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$NKLOHVK .-KD  Vibration analysis and control of an inflatable toroidal satellite

component using piezolectric actuators and sensors 'LVVHUWDWLRQ 9LUJLQLD SRO\WHFKQLF

,QVWLWXWHDQG6WDWH8QLYHUVLW\

+RXIHL )DQJ DQG 0LFKDHO &/RX Analytical characterization of space inflatable

structures – an overview$,$$

- & 7KRPDV = -LDQJ & :LHOJRV] Continuous and finite element methods for the

vibrations of inflatable beams,QWHUQDWLRQDO-RXUQDORI6SDFH6WUXFWXUHVLQSUHVV

-RKQ$0DLQ5REHUW$&DUOLQ(SKUDKLP*DUFLD6WHYHQ:3HWHUVRQDynamic analysis

of sapce-based inflatable beam structures -RXUQDO $FRXVWLFDO 6RFLHW\ RI $PHULFD 9RO

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/H 9DQ $ :LHOJRV] & Bending and buckling of inflatable beams: some new

theoretical results7KLQ:DOOHG6WUXFWXUHV

5LFKDUGV 7+ DQG /HXQJ <7 An accurate method in structural vibration analysis, -RXUQDORI6RXQGDQG9LEUDWLRQ

7KRPDV-&DQG:LHOJRV]&Deflections of highly inflated fabric tubes7KLQ:DOOHG 6WUXFWXUHV

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