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Other titre : Identification of dynamic loading on plane structures using optical deflectometry and the virtual fields method

dc.contributor.advisorBerry, Alain
dc.contributor.authorO'Donoughue, Patrickfr
dc.date.accessioned2020-04-24T14:08:56Z
dc.date.available2020-04-24T14:08:56Z
dc.date.created2020fr
dc.date.issued2020-04-24
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11143/16939
dc.description.abstractLa vibration et le rayonnement acoustique des structures sont des problèmes d'une importance capitale en ingénierie. Souvent, on s'intéresse à identifier les sources vibratoires responsables de ces phénomènes afin de les contrôler ou les éliminer. Cependant, des contraintes pratiques peuvent rendre impossible la mesure directe de ces sources à l'aide de capteurs traditionnels. Une méthode indirecte est alors employée pour déterminer les forces d'excitation à partir d'une mesure du mouvement vibratoire engendré sur la structure. Ce travail doctoral présente une telle approche permettant de cartographier spatialement le chargement dynamique sur des plaques minces et des membranes en utilisant la méthode des champs virtuels, une méthode dédiée aux problèmes d'identification. Pour éviter de modifier la réponse de la structure, les mesures vibratoires sont effectuées à l'aide d'une technique sans contact. Présentement, l'instrument le plus courant pour ce genre d'application est le vibromètre laser à balayage. Le vibromètre a été utilisé précédemment pour valider l'approche d'identification de chargements avec la méthode des champs virtuels, mais l'action de balayer successivement les points de mesure crée deux inconvénients : (1) le temps d'acquisition est long pour un grand maillage de points et (2) les données fournies par la vibrométrie limitent généralement l'application de la méthode d'identification à des excitations stationnaires en espace et en fréquence. Afin de contourner ces limitations, une technique optique appelée la déflectométrie est employée pour mesurer la réponse vibratoire. Elle permet de faire une acquisition simultanée à tous les points de mesure. Ces mesures sont aussi résolues en temps grâce à l'utilisation d'une caméra haute vitesse. Par conséquent, le temps d'acquisition est réduit à seulement quelques secondes pour des mesures qui prendrait plusieurs heures à balayer par vibrométrie laser, tout en fournissant un volume d'informations supérieur à cette dernière. En jumelant la déflectométrie et la méthode d'identification, cette étude démontre la capacité d'identifier correctement la distribution de chargements sur des petites échelles spatiales appliquée à une structure au cours du temps. Des validations de la méthode des champs virtuels sont d'abord présentées pour des modèles numériques de plaque et de membrane. Les résultats expérimentaux exposent ensuite la flexibilité de l'approche pour l'identification de chargements mécaniques, acoustiques et aérodynamiques. En particulier, les avantages de la mesure optique sont exploités pour la détermination de forces transitoires (impacts mécaniques) et d'excitations aléatoires (champ acoustique diffus et couche limite turbulente). Étant donné l'utilisation peu répandue de la déflectométrie comparée aux autres techniques optiques, ce document fournit des détails utiles à sa mise en oeuvre.fr
dc.description.abstractAbstract: Vibration and the acoustic radiation of structures are issues of utmost importance in engineering. Often, we are interested in identifying the vibration sources responsible for these phenomena in order to control or eliminate them. However, due to practical constraints, direct measurement of these sources using traditional sensors may be impossible. Therefore, an indirect method is used to determine the excitation forces from a measurement of the induced vibration on the structure. This doctoral work presents such an approach for spatially mapping the dynamic loading on thin plates and membranes using the virtual field method, a dedicated method for identification problems. To avoid modifying the response of the structure, the vibration measurements are performed using a contactless technique. Currently, the most common instrument for this type of application is the scanning laser vibrometer. The vibrometer was previously used to validate the loading identification approach using the virtual field method, but the action of successively scanning the measurement points has two drawbacks: (1) the acquisition time is long for a large mesh of points and (2) the data provided by vibrometry generally limit the application of the identification method to stationary excitations in space and frequency. In order to circumvent these limitations, an optical technique called deflectometry is used to measure the vibration response. It enables simultaneous acquisition at all measurement points. Furthermore, these measurements are time-resolved due to the use of a high-speed camera. As a result, the acquisition time is reduced to only a few seconds for measurements that would take several hours to scan by laser vibrometry, while also providing a higher volume of information. By combining deflectometry and the identification method, this study demonstrates the ability to correctly solve loading distributions at small spatial scales applied to a structure over time. Validations of the virtual field method are first presented for numerical plate and membrane models. Experimental results then expose the flexibility of the approach for identifying mechanical, acoustic and aerodynamic loads. In particular, the advantages of the time-resolved optical measurement are exploited for the determination of transient forces (mechanical impacts) and random excitations (diffuse acoustic field and turbulent boundary layer). Given the infrequent use of deflectometry compared to other optical techniques, this document provides useful details for its implementation.fr
dc.language.isofrefr
dc.language.isoengfr
dc.publisherUniversité de Sherbrookefr
dc.rights© Patrick O'Donoughuefr
dc.subjectAcoustiquefr
dc.subjectMesures vibratoiresfr
dc.subjectDéflectométriefr
dc.subjectIdentificationfr
dc.subjectMéthode des champs virtuelsfr
dc.subjectAcousticsfr
dc.subjectVibration measurementsfr
dc.subjectDeflectometryfr
dc.subjectVirtual fields methodfr
dc.titleIdentification de chargements dynamiques sur des structures planes par déflectométrie optique et la méthode des champs virtuelsfr
dc.title.alternativeIdentification of dynamic loading on plane structures using optical deflectometry and the virtual fields methodfr
dc.typeThèsefr
tme.degree.disciplineGénie mécaniquefr
tme.degree.grantorFaculté de géniefr
tme.degree.levelDoctoratfr
tme.degree.namePh.D.fr


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