Soutenance mémoire
Les structures intelligentes
L’intelligence peut être définie comme la capacité d’apprendre ou pour comprendre ou faire face à de nouvelles situations.
Les systèmes intelligents proviennent d’un domaine de recherche qui envisageait des dispositifs et des matériaux qui pourrait imiter le système musculaire et le système humain nerveux .
Les structures intelligentes ont toujours été un sujet de recherche ces dernières années. Ils Peut offrir la possibilité de créer des systèmes de matériaux d’ingénierie qui sont habilités avec des fonctions de détection, d’actionnement et d’intelligence artificielle. Le typique capteurs de structure intelligents utilisés dans des emplacements discrets ou distribués pour mesurer les performances du système comprennent la fibre optique, la céramique piézoélectrique et les polymères piézoélectriques. Les actionneurs utilisés dans les technologies des matériaux intelligents inclure les applications de la céramique piézoélectrique, les polymères piézoélectriques, matériaux électrostrictifs, magnétostrictifs et piezofibres .La structure intelligente est définie comme la structure qui peut détecter les perturbations externes et répondre à cela avec un contrôle actif en temps réel pour maintenir Exigences de la mission .
Une structure intelligente est un système de paramètres distribué qui utilise des capteurs et des actionneurs à différents emplacements d’éléments finis sur elle. Il utilise ensuite un ou plusieurs microprocesseurs pour analyser les réponses obtenues des capteurs et utilisations.
Différentes logiques de commande pour commander les actionneurs. Il peut donc appliquer des souches à la plante pour répondre de la manière souhaitée et apporte le système à Équilibre.
Les composants généraux de la structure intelligente
En raison des caractéristiques insuffisantes de la structure (telles que l’amortissement), des dispositifs sont ajoutés à la structure afin d’augmenter sa capacité de dissipation d’énergie. Ces structures sont appelées «structures intelligentes», qui reposent alors sur les dispositifs matériaux intelligents pour résister aux excitations sismiques. Donc ce terme concerne une structure qui réagit à un ensemble de sollicitations en fonction de sensibilités qui lui seront proposés. Elle aura, par exemple, la possibilité de choisir la réponse la mieux adaptée parmi un ensemble de solutions possibles, d’où la notion d’intelligence.
Les cinq composants fondamentaux d’une structure intelligente sont :
Les Capteurs : Ce composant sert à recueillir les données brutes nécessaires pour capter et surveiller correctement la structure. Et transforme la grandeur à mesurer en information interprétable.
Transmission des données : Envoyer les données brutes aux unités locales et/ou à l’unité centrale de commande et de contrôle.
Unité de commande et de contrôle (cerveau) : Ce composant gère et contrôle l’ensemble du système en analysant les données, tire les conclusions convenables et décide des mesures nécessaires.
Instructions : Ce composant transmet les décisions prises du cerveau aux composants de la structure.
Actionneurs : Ce composant provoque une réaction en activant les dispositifs ou les unités de contrôle. Ainsi, il exerce sur le système une action sous forme un travail mécanique.
Les différents systèmes de contrôle
Le contrôle actif ;Le contrôle passif ;Le contrôle semi-actif ;Le contrôle hybride.
Le contrôle des structures de génie civil représente un domaine de recherche relativement Nouveau mais en croissance rapide. Donc, la tendance générale à construire des ponts Léger avec une longue portée et des gratte-ciels très minces, nécessite des matériaux à haute Performances et technologies innovantes. Cela permet aux ingénieurs d’exprimer leur Créativités.
Des efforts importants ont été consacrés à la possibilité d’utiliser divers contrôles dans la conception de constructions flexibles. Les méthodes de contrôle sont associées à différents objectifs tels que :
L’augmentation de la durée de vie de la structure et, par la suite, la possibilité de sa Réhabilitation.
Confort pour les utilisateurs lors de la traversée de la structure.
Le raccourcissement de la durée du chantier et, par conséquent, la réduction des arrêts de Site dû à un vent trop fort représentant un coût financier très important.
Augmentez la sécurité et la fiabilité des structures flexibles sensibles aux Excitations dynamiques externes telles que vents et tremblements de terre.
Les systèmes de contrôle développés pour réduire la réponse des structures soumises aux chargements variables de l’environnement sont principalement de 4 types :
Le contrôle passive qui consiste à superposer à la structure un dispositif dissipateur L’énergie ou le filtrage de la transmission des forces dans la structure, au moins à Fréquence donnée. Il ne nécessite aucune mesure, calcul ou source d’énergie externe.
le Contrôle actif qui fait référence aux systèmes nécessitant une source importante. D’énergie externe pour faire fonctionner les actionneurs qui fournissent des forces de commande où Déplacements en certains points, et ce, selon l’état du système.
Les grandeurs sont déterminées à l’aide de mesures recueillies auprès des capteurs Qui mesurent l’excitation et / ou la réponse de la structure . Cependant, On sait également que ces systèmes sont généralement plus chers, plus complexes et Moins fiable que les systèmes passifs.
Le Contrôle semi-actif qui implique l’application d’un dispositif réglable qui ne nécessite pas Pas d’alimentation externe importante à faire fonctionner. Cet appareil combine Les caractéristiques des systèmes passifs et actifs. Il ne nécessite qu’un faible Source d’énergie (ex : batterie) pour modifier ses propriétés mécaniques telles que Coefficient d’amortissement ou rigidité. Le contrôle hybride est une combinaison du système de contrôle actif et passif.
Contrôle passif avec système couplé (Amortisseurs à masse accordée)
Dans les dernières années, pour contrôler les vibrations des structures, plusieurs machines de contrôle ont été développés. Parmi ces dispositifs, les Amortisseurs à masse accordée (Amortisseurs à masse accordée (TMD)) qui sont les plus couramment utilisés dans différents champs d’application en génie civil tel que les bâtiments et les ouvrages d’art, permettant la réduction des oscillations provoquées par le séisme ou d’autres causes . Ceci est attaché à la structure afin de réduire la réponse dynamique de la structure. L’amortisseur est «accordé» parce que sa fréquence est réglée à une valeur particulière de tels sortes que lorsque la fréquence est excitée, l’amortisseur résonnera hors de la phase avec le mouvement de la structure, absorbant de ce fait l’énergie sur la structure .
L’amortisseur de masse accordé passif (TMD) est trouvé à être un moyen simple, efficace, peu coûteux, et fiable à supprimer les vibrations indésirables des structures provoquées par les excitations ou par le vent .
Les TMD peuvent être implémentes principalement sous deux formes, dont la plus connue est celle formée par une masse attachée à la structure principale par un ressort et un amortisseur tel que le bloc de béton qui a été installé au sommet du bâtiment Citicorp centre à New York dans les années 1970 .
Pour la stabilité, le bâtiment Citicorp est muni à son sommet d’un amortisseur de vibrations. Ce dernier se présente sous la forme d’un bloc de béton. Le bloc de béton se déplace légèrement sur une surface lisse lubrifiée avec de l’huile, et transforme l’énergie cinétique en chaleur. Ce procédé permet de réduire les effets du vent sur le bâtiment de 50%. Selon Wiesner (1979), le système a réduit de 40% de la réponse induite par le vent dans les deux directions du bâtiment de Citicorp. Le Citicorp est le premier gratte-ciel des Etats-Unis à être pourvu de ce système. La deuxième forme, est l’amortisseur à masse accordée pendulaire. L’utilisation la plus connue de ce type d’amortisseur est celle dans la tour de Taipei101. L’amortisseur de masse accordé incorporé à la tour de Taipei est considéré comme le plus grand et le plus lourd amortisseur de masse accordé du monde avec la boucle d’acier de 800 tonnes placé au 87ème étage du bâtiment qui est dotée d’une amplitude pouvant aller jusqu’à 1,5 mètre pour amortir de 30 à 40 % les mouvements de l’édifice causés par des vents violents ou aux tremblements de terre. Il est suspendu des 92 étages, par des câbles à haute résistance et la surface de l’amortisseur est peinte en or .
le contrôle passif avec les alliages à mémoire de forme
Le défi que les chercheurs surmontent est de maintenir les bâtiments debout après un tremblement de terre. Dernier les innovations technologiques basées sur les matériaux d’amortissement ont été largement développé pour répondre aux besoins des ingénierie en essayant de réduire le risque sismique. Parmi eux, des dissipateurs comme SMA sont proposés Les alliages à mémoire de forme ont une mécanique remarquable propriétés qui peuvent être avantageuses pour le génie civil demandes comme pour réhabilitation et protection sismique. La réhabilitation des structures du patrimoine mondial reste critique, car beaucoup d’entre eux sont partiellement détruits après la série de tremblements de terre qui les ont touchés.
Plusieurs applications ont été dessinées afin d’identifier l’efficacité de ce matériau intelligent. Dans la littérature, plusieurs techniques innovantes basées sur l’utilisation du SMA sont Disponible.
Les amortisseurs à masse accordée TMD
Les amortisseurs de masse accordés ou TMD font partie des types d’amortissement passif couramment utilisés en génie civil systèmes. La rigidité et la masse de tels systèmes sont choisies de manière à ce que l’oscillateur dissipe l’énergie maximale communiquée à la structure principale à contrôler. Un inconvénient majeur dans la conception de ce type de systèmes est la grande masse mobilisée pour l’amortisseur qui est une surcharge pour la structure. Afin de répondre à cette préoccupation pour une classe de plusieurs étages structure, il sera démontré la faisabilité d’utiliser un ou plusieurs étages supérieurs d’une tour de 24 étages comme TMD.
Les étages supérieurs reposent sur des supports élastiques afin qu’ils agissent comme un système TMD. Tout d’abord, une analyse numérique est effectuée pour étudier et définir le nombre optimal d’étages supérieurs à utiliser comme masse asynchrone. Une deuxième phase est dédiée à démontrer la faisabilité pratique du système de support élastique. Enfin, l’historique des temps et les analyses de l’état d’équilibre sont réalisée et une étude comparative des réponses de la structure avec et sans TMD a montré l’efficacité du système et le potentiel de ce TMD à réduire considérablement la réponse dynamique de la structure.
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Table des matières
Chapitre 1 : Introduction Générale
1.1 Introduction générale
1.2 Les structures intelligentes
1.3 Les composants généraux de la structure intelligente
1.4 Historique
1.5 Généralités sur les différentes méthodes de contrôle des structures intelligentes
1.6 Les différents systèmes de contrôle
1.6.1 Système de contrôle passif
1.6.1.1 Isolation sismique
1.6.1.2 Systèmes à base d’élastomère
1.6.1.3 Systèmes à base de glissement
1.6.1.4 Dissipation d’énergie
1.6.2 Système de contrôle actif
1.6.3 Système de contrôle semi-actif
1.6.4 Le contrôle hybride
Conclusion
Chapitre 2 : Revue de Littérature
Introduction
2.1 Contrôle passif avec système couplé (Amortisseurs à masse accordée)
2.2 le contrôle passif avec les alliages à mémoire de forme
2.3 Les amortisseurs à masse accordée TMD
2.4 Histoire de TMD
2.5 Explication de la fonction des TMD
2.6 Base théorique
2.7 Applications de système TMD en génie civil
2.7.1 Application précoce du TMD : (Historique) (les premières applications)
2.7.2 Application sur les ponts
2.8 Exemples d’applications de TMD dans le monde
2.9 Avantages et inconvénients
Conclusion
Chapitre 3 : Formulation Mathématique Du TMD
Introduction
3.1 Fonction du système parasismique
3.2 Systèmes parasismiques : Amortisseur à masse accordée (TMD)
3.3 Dynamique des structures et équations de mouvement
3.4 Hypothèses et limitation
3.5 Equations de mouvement et représentation mathématiques
3.5.1 Structure sans dispositif de contrôle
3.5.2 Structure avec dispositif de contrôle (Contrôle passif)
3.5.2.1 Bâtiments équipés d’un amortisseur à masse accordée (TMD)
3.5.2.2 Amortisseur TMD installé au dernier étage
3.5.3.2.2 Amortisseur TMD installé sur l’étage n
3.6 Solution d’équation d’équilibre dynamique
3.6.1. Méthode de Newmark-βeta
3.7 Conclusion
Chapitre 4 : Comportement d’une Structure en Présence du TMD
Introduction
4.1 Présentation de l’ouvrage
4.2 Initiation à la programmation par Matlab
4-2-1 cas : Systèmes à 1 degré de liberté libres amortis
4-2-2- Analyse modale : systèmes à plusieurs degrés de liberté (Cas d’un Portique à 3 étage amortie)
4.2.3. Analyse dynamique Transitoire : Portique excité sous EL-CENTRO
4.3 Organigramme Matlab : (Méthode de Newmark-β)
4.3.1 Analyse modale
4.3.1.1. Validation des résultats MATLAB avec Sap2000
4.3.2. Analyse dynamique transitoire
4.3.2.1. Validation des résultats MATLAB avec Sap2000 : (sans TMD)
4.3.2.2. Validation des résultats MATLAB avec Sap2000 : (Avec TMD)
4.3.2.3. Effet du TMD au sommet de la structure : (Résultats MATLAB)
4.3.2.4 Interprétation des résultats
4.4 Etude paramétrique
4.4.1. Effet du changement de position du TMD
4.4.2. Effet du changement de l’excitation sismique
4.4.3. Effet du TMD au sommet en variant de nombre d’étages
4.5 Conclusion
Conclusion Générale
Références Bibliographiques
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