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Tesi di dottorato in ingegneria >

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2108/461

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contributor.advisorFrémond, M.-
contributor.advisorAuricchio, F.-
contributor.advisorCarneiro de Barros, R.-
contributor.advisorMaceri, F.-
contributor.advisorBourquin, F.-
contributor.advisorHedi, H.-
contributor.authorMekki, Othman Ben-
date.accessioned2008-04-30T10:12:45Z-
date.available2008-04-30T10:12:45Z-
date.issued2008-04-30T10:12:45Z-
identifier.urihttp://hdl.handle.net/2108/461-
description17. cicloen
description.abstractGli smorzatori a massa accordata hanno ottenuto un importante successo in ingegneria civile. Il loro rendimento tuttavia dipende molto dalla scelta dei parametri e la loro efficacia varia notevolmente con l'€™evoluzione della struttura e il tipo di carico applicato. Durante lo svolgimento di questo lavoro abbiamo realizzato una versione semi-attiva che non richiede un'energia significativa dall'esterno, tramite l'€™utilizzo degli smorzatori elettromeccanici. Questa versione semi-attiva consiste in un pendolo accoppiato ad un alternatore che serve a trasformare l'€™energia meccanica in energia elettrica; tale energia viene dissipata in una resistenza esterna per effetto Joule. In questo lavoro sono stati sviluppati in particolare quattro punti. Il primo è dedicato all'ottimizzazione dei parametri relativi all'attuatore introducendo un criterio d'€™ottimizzazione. Questo criterio è basato sulla massimizzazione del coefficiente di decadimento esponenziale mediante la tecnica dello spostamento dei poli. E' stata mostrata numericamente l'€™efficacia di questo attuatore e l'€™importanza dei suoi parametri ottimali per smorzare il modo torsionale di un modello di ponte quando è soggetto a vibrazione libera o armonica. Il secondo punto è dedicato allo smorzamento multimodale usando attuatori elettromeccanici multipli. In particolare, sono stati usati tre attuatori per controllare il primo modo verticale, il modo torsionale, il terzo modo e il sesto modo di vibrazioni del modello. Il terzo punto è concentrato sullo sviluppo di una legge di controllo semi-attivo che permette un adattamento in tempo reale dei parametri dell'€™attuatore secondo l'€™evoluzione della struttura e il tipo di carico applicato. Questa legge puo essere applicata per lo smorzamento multimodale agendo su un modo particolare in ogni istante. Questa legge di controllo, applicata alla resistenza esterna collegata all'€™alternatore, permette di variare il coefficiente di smorzamento e di compensare la rigidità dell'€™attuatore. Nell'€™ultimo punto è stato sviluppato uno studio sperimentale del controllo passivo e del controllo semi-attivo sul modello di ponte. Nel controllo passivo è stata convalidata la teoria dell'€™ottimizzazione dei parametri dell'attuatore ed è stata confermata l'€™efficacia dell'€™attuatore elettromeccanico. Nel controllo semi-attivo invece è stato confermato soltanto il vantaggio di rendere l'€™efficacia dell'€™attuatore indipendente dell'€™evoluzione della struttura.en
description.abstractTuned mass dampers (TMDs) have obtained an important success in civil engineering. Since their performance depends on the choice of its parameters and evolutions of the structure to be controlled may pull down the efficiency of this kind of device. In this work we achieved a semi-active version based on electromechanical device. This semiactive version consists in a pendulum coupled at an alternator. When pendulum begins to oscillate, the alternator converts the mechanical energy into electric energy to be dissipated through an exterior resistor via Joule effect. Four points have been mainly developed in this work. The first point is devoted to obtaining an optimal design of a passive actuator using an optimization criteria. This criteria is based on the maximization of the exponential time decay rate by means of the pole placement technique. Numerical simulations have shown the actuator efficiency and the importance of their optimal parameters in absorbing the torsional mode of small-scale bridge under construction when it is in free vibration or also in harmonic vibration. The second point studies the multimodal vibration damping of the demonstrator bridge equipped with multiple actuators. In particular, three actuators have been used for control the first vertical mode, the torsional mode, the third mode and the sixth mode of vibrations of the demonstrator bridge. The third point consisted in developing the semi-active control law that permits to adapt the actuator parameters in real-time when the structure evolves. This semi-active control law consists in changing the resistor in real-time in such a way to lock the apparent stiffness of the real TMD at its desired optimal value and to vary the damping coefficient. The last point deals with the experimental study of the passive control and the semiactive control on a small-scale bridge. In passive control, the theory of optimal design of the actuator parameters has been validated and the efficiency of the electromechanical actuator has been confirmed. In semi-active control, only the advantage of the actuator in such a way to make its performance independent of the structural evolution has been validated.en
description.abstractLes amortisseurs à masse accordée (TMD) connaissent un succès important en génie civil. Mais leur performance est très liée aux réglages de ses paramètres et leur efficacité varie beaucoup lorsque la structure évolue ainsi que le type de chargement. Dans ce travail, on a réalisé une version semi-active ne nécessitant pas de source d’énergie extérieure significative, à base d’amortisseurs électromécaniques commandés en temps réel. Cette version semi-active consiste en un TMD pendulaire couplé à un alternateur qui sert à transformer l’énergie mécanique en énergie électrique qui sera dissipée dans une résistance externe par effet Joule. Quatre points ont particulièrement été développés dans ce travail. Le premier est consacré à la conception des paramètres de l’actionneur en introduisant un critère d’optimisation. Ce critère est basé sur la maximisation du taux de décroissance exponentiel au moyen de la technique de placement des pôles. Il a été montré numériquement l’efficacité de cet actionneur ainsi que l’importance de ses paramètres optimaux à amortir le mode de torsion d’un démonstrateur d’un pont en construction lorsqu’il est en vibration libre ou également en vibration harmonique. Le deuxième est dédié à l’amortissement des plusieurs modes en introduisant plusieurs actionneurs. En particuliers, l’utilisation des trois actionneurs, dont un est attaché à l’extrémité du tablier et les deux autres sont attachés à l’extrémité du pylône, permettent d’amortir quatre modes de vibration du démonstrateur du pont. Le troisième porte sur le développement d’une loi de contrôle semi-actif qui permet une adaptation en temps réel des paramètres de l’actionneur lorsque la structure évolue ainsi que les types de chargement. Cette loi peut être appliquée pour amortir plusieurs modes en agissant sur un mode particulier à chaque instant dans l’esprit de la méthode MIMSC. Cette loi de contrôle, appliquée sur la résistance externe branchée aux bornes de l’alternateur, permet de faire varier le coefficient d’amortissement et de compenser la rigidité de l’actionneur. Le dernier porte sur la mise en oeuvre expérimentale, sur la maquette du pont, d’une part du contrôle passif et d’autre part du contrôle semi-actif. Dans le contrôle passif a été validé la théorie de la conception des paramètres de l’actionneur et a été confirmé l’efficacité de l’actionneur électromécanique. Mais, dans le contrôle semi-actif a été seulement validé l’avantage de rendre l’efficacité de l’actionneur indépendante de l’évolution de la structure.en
description.tableofcontentsRésumé - Sommario - Abstract - Introduction - 1 Les systèmes de contrôle passif et les lois de contrôle actif et semi-actif - 1.1 Introduction - 1.2 Systèmes de contrôle massif - 1.2.1 Systèmes d’isolation sismique - 1.2.2 Dissipation d’énergie - 1.3 Les lois de contrôle massif - 1.3.1 Modélisation des systèmes de contrôle - 1.3.2 Contrôlabilité et observabilité - 1.3.3 Phénomène de Spillover - 1.3.4 Algorithmes de contrôle actif - 1.4 Les lois de contrôle semi-actif - 1.4.1 Contrôle à boucle ouverte - 1.4.2 Contrôle Sky-hook - 1.4.3 Contrôle ground-hook - 1.4.4 Algorithme LQR semi-actif - 1.4.5 Contrôle Clipping - 1.4.6 Contrôle de Lyapunov - 1.4.7 Contrôle Bang-Bang - 1.4.8 Contrôle par frottement homogène modulé - 1.4.9 Contrôle par logique floue. - 2 Modélisation du système de contrôle d’une poutre avec TMD pendulaire et un alternateur - 2.1 Introduction - 2.2 Modèle mécanique - 2.3 Vibration horizontale - 2.3.1 Equations du mouvement de la poutre et du pendule - 2.3.2 Equations de l’alternateur - 2.3.3 Identification du coefficient d’amortissement - 2.3.4 Identification de l’alternateur - 2.4 Vibrations horizontale et verticale de la poutre. - 3. Conception des paramètres optimaux d’un amortisseur à masse accordée pendulaire et un alternateur : actionneur de référence - 3.1 Introduction - 3.2 Modèle mécanique - 3.3 Equations adimensionnelles - 3.4 Solution du système des équations adimensionnelles - 3.5 Optimisation des paramètres adimensionnels - 3.6 Résolution du système adimensionnel - 3.7 Paramètres optimaux du pendule - 3.8 Bilan Energétique du système - 3.9 Influence de la masse totale de l’actionneur Map sur la réponse de la poutre - 3.10 Emplacement optimal du pendule - 4. Modélisation de la maquette du pont avec un actionneur électromécanique - 4.1 Introduction - 4.2 Modèle de la maquette du pont - 4.3 Formulation du problème dynamique - 4.3.1 Puissance des efforts extérieurs - 4.3.2 Puissance des quantités d’accélération - 4.3.3 Puissance des efforts intérieurs - 4.4 Approximation modale du déplacement - 4.5 Equations du pendule et de l’alternateur - 4.6 Calcul des modes propres de la maquette en utilisant une modélisation par éléments finis - 4.7 Contrôlabilité de la maquette du pont - 4.8 Conception des paramètres optimaux de l’actionneur - 4.8.1 Equations adimensionnelles - 4.8.2 Solution du système des équations adimensionnelles - 4.9 Réponses des modes de la maquette du pont - 4.10 Amortissement multimodale de vibration de la maquette du pont - 4.10.1 Amortissement du premier mode de vibration de la maquette du pont - 4.10.2 Amortissement du troisième mode de vibration de la maquette du pont - 4.11 Réponse du mode de torsion sous excitation harmonique - 4.12 Réponse du mode de torsion de la maquette du pont en résolvant le système non linéaire. - 5. Contrôle semi-actif - 5.1 Introduction - 5.2 Modèle mécanique de la maquette du pont et de l’actionneur électromécanique - 5.3 Energie totale de la maquette du pont et du pendule - 5.4 Contrôle semi-actif du mode de torsion de la maquette du pont - 5.5 Réponse du mode de torsion de la maquette - 5.5.1 Cas1 : réponse du mode de torsion à l’étape ei+1 selon la méthode 1 - 5.5.2 Cas2 : réponse du mode de torsion à l’étape ei+1 selon la méthode 2 - 5.6 Contrôle semi-actif de différents types d’excitations - 5.7 Contrôle modal - 5.8 Conclusion. - 6. Résultats expérimentaux - 6.1 Introduction - 6.2 Dispositif expérimental - 6.2.1 Matériels utilisés - 6.2.2 Placement des capteurs - 6.2.3 Estimation d’état - 6.2.4 Identification modale - 6.2.5 Filtre fréquentiel et dérivation numérique - 6.3 Contrôle passif - 6.3.1 Contrôle du mode de torsion de la maquette du pont - 6.3.2 Contrôle du premier et du troisième mode de vibration de la maquette du pont - 6.4 Contrôle semi-actif - 6.4.1 Schéma de la boucle de rétroaction - 6.4.2 Résultats de contrôle semi-actif - 6.5 Conclusion - Bibliographieen
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language.isofren
subjectamortisseurs à masse accordée (TMDs)en
subjectTMD pendulaireen
subjectactionneur électromécaniqueen
subjectloi de contrôleen
subjectcontrôle passifen
subjectcontrôle semi-actifen
subject.classificationICAR 08en
titleAmortissement semi-actif des structures flexiblesen
typeThesisen
degree.nameDottorato in ingegneria delle strutture e geotecnicaen
degree.levelDottoratoen
degree.disciplineFacoltà di Ingegneriaen
degree.grantorUniversità degli Studi di Roma Tor Vergataen
date.dateofdefense22 maggio 2006en
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Amortissement_pont.mpgAmortissement_pont.mpg52982KbMPEGView/Open
Bibliographie.pdfBibliographie189KbAdobe PDFView/Open
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chapitre6.pdfChapitre 63473KbAdobe PDFView/Open
chapitre5.pdfChapitre 51083KbAdobe PDFView/Open
chapitre4.pdfChapitre 42651KbAdobe PDFView/Open
chapitre3.pdfChapitre 33439KbAdobe PDFView/Open
chapitre2.pdfChapitre 23436KbAdobe PDFView/Open
chapitre1.pdfChapitre 1642KbAdobe PDFView/Open
Liste_tableaux.pdfListe de tableaux139KbAdobe PDFView/Open
Table_figures.pdfTable de figures183KbAdobe PDFView/Open
Introduction.pdfIntroduction116KbAdobe PDFView/Open

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