Caractérisation de l'amortissement des structures complexes par la méthode de corrélation

Abstract

Abstract : The thesis presents inverse correlation techniques able to measure accurately the damping loss factor of complex plane structures. In the first chapter, the state of the art gathering numerous local and global characterization methods is presented. In the second part of the chapter, various topics of direct interest to the thesis such as classical damping loss factor measurement techniques and the analytical solution based on the discrete general laminate model (GLM) are briefly discussed. In the second chapter, the inhomogeneous wave correlation (IWC) method based on the maximization of the correlation between an inhomogeneous wave and the measured displacement field as a function of the wave heading angle is revisited. A new variant that considers the exponential decay with distance from the excitation point in the inhomogeneous wave formulation is introduced. The purpose of introducing this variant is to improve the estimation of the damping loss factor. The validity of the proposed method is investigated numerically on flat thin structures and sandwich damped structures. The performance of the method related to the excitation point location and the size of the observation window are also investigated. A new Green's function-based model correlation (GFC) method able to estimate the equivalent elastic parameters of complex structures at different propagation angles is detailed in the third chapter. Contrary to the IWC method, the measured displacement field is correlated with a Green's function-based model. This approach is more adapted to describe the field near the excitation point and offers more stability in estimating the damping loss factor compared to previous methods. Several results, with simulated and measured data, are compared with an analytical discrete laminate model and show the accuracy of this technique to recover the damping loss factor of complex structures as function of the frequency and the heading angle. In the second part of the chapter, the impact of different excitation location on the estimation of the wavenumber and the damping loss factor is investigated. A spatial angular filter to rectify the estimation of the damping loss factor is introduced. In the fourth chapter, the image source method with an objective of improving the previous GFC method in the low frequency range and for lightly damped structures is introduced. The proposed method takes into account the reflection at boundaries which is ignored in the free field Green's function used in the previous chapter. The performance of the method is investigated for two types of boundary conditions: simply supported and free edges. The identified parameters of the numerical simulations are compared to the previous GFC method and to the analytical discrete laminate model.

Le travail de thèse porte sur la caractérisation de l'amortissement des structures complexes par la méthode de corrélation. Dans le premier chapitre, un état de l'art rassemblant de nombreuses méthodes de caractérisations locales et globales est présenté. Dans la deuxième partie du chapitre, les méthodes de mesures expérimentales de l'amortissement et un modèle analytique de référence sont abordés. Dans le deuxième chapitre, la methode Inhomogeneous Wave Correlation (IWC) qui calcule la corrélation entre le champ de déplacement mesuré et une onde plane inhomogène est revisitée. Une nouvelle variante qui considère la décroissance exponentielle avec la distance du point d'excitation dans la formulation d'onde inhomogène est introduite. L'introduction de cette variante a pour but d'améliorer l'estimation de l'amortissement. La validité de la méthode proposée est étudiée numériquement sur des structures planes avec différents degrés de complexité. Les performances de la méthode en fonction la position du point d'excitation et de la taille de la fenêtre d'observation sont également étudiées. Un nouveau modèle de corrélation basé sur la fonction de Green permettant d'estimer les paramètres élastiques équivalents des structures complexes en fonction de l'angle de propagation est détaillé dans le troisième chapitre. Contrairement à la méthode IWC mentionnée ci-dessus, le champ de déplacement mesuré est désormais corrélé avec un modèle basé sur la fonction de Green. Cette dernière est plus adaptée pour décrire le champ proche du point d'excitation et offre plus de stabilité sur l'estimation de l'amortissement comparée aux méthodes précédentes. Plusieurs résultats, avec des données simulées et mesurées, sont comparés au modèle analytique et montrent la précision de cette technique pour estimer précisément l'amortissement des structures complexes en fonction de la fréquence et de l'angle de propagation des ondes. Dans la deuxième partie du chapitre, la performance de la méthode sur l'estimation de l'amortissement en fonction des différents points d'excitation est également étudiée et un filtre angulaire spatial est introduit pour améliorer le résultat. Dans le quatrième chapitre, la méthode des sources images qui a pour objectif d'améliorer l'estimation de l'amortissement en basses fréquences des structures faiblement amorties est introduite. Cette approche prend en compte les réflexions des ondes de flexion aux frontières. La performance de la méthode est étudiée sur deux types de conditions limites : bords simplement appuyés et bords libres. Le résultat est comparé à la méthode introduite dans le troisième chapitre ainsi qu'au modèle analytique GLM.