Piezoelectric composites for distributed passive electric control: beam modelling, modal analysis, and experimental implementation
Poutres composites piézoélectriques et contrôle passif distribué: modélisation, analyse modale et études expérimentales
Résumé
This thesis studies composite structures hosting distributed piezoelectric elements. It consists of three major parts dealing with beam modelling, modal analysis, and passive vibration control with electric circuits. Beam modeling analyzes the influence of 3D effects on 1D models of layered beams including thickness-polarized piezoelectric laminae and proposes a corrected Euler-Bernoulli model based on a mixed variational formulation. Modal analysis
studies numerical and experimental methods for the identification of an electromechanical modal model of a stepped beam including multiple piezoelectric segments. These results are applied to the optimization of resistive-inductive electric networks for vibration control through distributed piezoelectric shunting. Each part includes theoretical analysis, numerical works, and experimental validation. In particular, the first experimental implementation of distributed piezoelectric shunting with multi-terminal electric networks is presented.
studies numerical and experimental methods for the identification of an electromechanical modal model of a stepped beam including multiple piezoelectric segments. These results are applied to the optimization of resistive-inductive electric networks for vibration control through distributed piezoelectric shunting. Each part includes theoretical analysis, numerical works, and experimental validation. In particular, the first experimental implementation of distributed piezoelectric shunting with multi-terminal electric networks is presented.
Cette thèse a pour objet la modélisation de poutres composites piézoélectriques et l`application au contrôle passif des vibrations. Une première partie présente un modèle de poutre du type Euler-Bernoulli électromécanique. Le modèle est construit à partir d'un principe variationel mixte qui, sans introduire des degrés de liberté supplémentaires, tienne compte des effets 3D des champs électromécaniques et du potentiel électrique induit. Une deuxième partie propose des techniques numériques et expérimentales pour l'analyse modale et la déduction d'un modèle d'ordre réduit pour des poutres avec actionneurs piézoélectriques distribués. Enfin, des applications au contrôle passif de vibrations au moyen de circuits électriques sont étudiées. Dans de tels systèmes, l'énergie mécanique est dissipée dans des réseaux résistifs-inductifs. Chaque partie comprend des validations numériques et expérimentales. Un premier prototype d'un système pour le contrôle passif distribué est proposé.