Contrôle actif du déplacement volumique des structures planes à l'aide de transducteurs piézoélectriques

Abstract

Les travaux présentés dans cette thèse sont axés sur l'emploi de transducteurs étendus de type piézoélectrique dans un système de contrôle actif du rayonnement acoustique. Les structures considérées sont les poutres et les plaques minces. La fonction coût retenue (valeur à minimiser) est le déplacement volumique de ces structures minces. À l'heure actuelle, il n'existe pas de capteur vibratoire qui donne directement le déplacement volumique d'une structure plane avec conditions limites quelconques, ajouts de masses et de raideurs, etc. L'objectif principal des travaux exposé dans la présente thèse est de développer de tels capteurs de déplacement volumique pour les poutres et les plaques. Les travaux ont porté sur les étapes suivantes : (1) le développement de modèles variationnels (dynamiques) qui modélisent rigoureusement l'excitation et la détection obtenues avec des transducteurs étendus piézoélectriques. Ces modèles permettent de calculer la réponse d'un capteur piézoélectrique (film PVDF) en fonction du voltage imposé à un actionneur piézoélectrique (piézocéramique). Cela pour des structures ayant des conditions limites élastiques. Puisque la méthode variationnelle est une approche qui est de type dynamique, les modèles obtenus tiennent comptes de l'ajout de masses et raideurs des différents éléments piézoélectriques sur la réponse de la structure. (2) La mise au point de capteurs faits en film PVDF dont le signal est proportionnel au déplacement volumique de la structure considérée. Ces capteurs sont composés d'une ou de plusieurs bandes de PVDF ayant des formes prescrites. Ces formes sont obtenues à partir des fonctions propres (deformées modales) de la structure. Le capteur est donc indépendant de la fréquence et des caractéristiques (position, amplitude) de l'excitation. (3) Déterminer les formes des bandes de PVDF à partir de fonctions propres mesurées expérimentalement (pour les plaques), afin d'obtenir le meilleur capteur possible. De plus, cela donne une approche très robuste qui est facilement applicable à des structures 'réelles'. (4) L'implantation théorique et expérimentale de systèmes de contrôle actif du déplacement volumique de structures qui utilisent ce nouveau capteur comme capteur d'erreur et des actionneurs piézocéramiques comme actionneurs de contrôle. Les résultats obtenus avec ces implantations valident la stratégie de contrôle (contrôle du déplacement volumique) ainsi que l'utilisation de capteurs étendus piézoélectriques.