Sensor placement methods for an improved force identification in state space

L'objectif de ce travail est la mise au point d'une methode de diagnostic permettant de quantifier par la mesure les sources vibratoires de machines en regime stationnaire. La mesure directe des sources par l'introduction d'un capteur d'effort est souvent difficile, voire impossible. On a donc recours a leur estimation indirecte a partir de mesures de reponse vibratoire en fonctionnement et d'un modele de transfert de la machine. Sur le plan de la methode, plusieurs developpements originaux par rapport a la litterature sont abordes, notamment dans le but d'optimiser la technique lorsque la structure de la machine presente de fortes heterogeneites de raideur. Par ailleurs, un indicateur de fiabilite de l'estimation indirecte des efforts est introduit, base sur la comparaison de differentes approches d'inversion du systeme de transfert. La fiabilite des resultats est en effet un probleme crucial en mesure indirecte d'efforts, car la technique est connue pour etre fortement sensible aux differentes erreurs rencontrees (bruit de mesure, biais de modele). La methodologie est appliquee au probleme d'identification des sources internes d'un moteur Diesel. Un effort particulier est porte sur la construction du modele de transfert de la machine, estime par deux approches numerique et experimentale. Les efforts reconstruits sont compares aux efforts obtenus par un modele simple d'attelage mobile. La comparaison permet de mettre en evidence certaines lacunes du modele, ainsi que la relative robustesse de la methode. Dans le but de presenter l'un des interets de la mesure indirecte d'efforts, une hierarchisation des contributions des excitations internes a la reponse du bloc moteur est realisee.

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ETUDE ET DEVELOPPEMENT DE LA MESURE INDIRECTE D'EFFORTS - Application à l'identification des sources internes d'un moteur Diesel

Localization and quantification of vibratory sources: Application to the predictive maintenance of rolling bearings

Quantification, Localization, and Reconstruction of Impact Force on Interval Composite Structures

Le present travail de these traite de la modelisation vibratoire et de la caracterisation dynamique de materiaux multicouches anisotropes. Dans le premier chapitre, une classification de quelques modeles analytiques de multicouche et techniques de caracterisation experimentales de structures planes est etablie sous la forme d'une synthese bibliographique. Elle regroupe les recents resultats publies autour du sujet. 
Le second chapitre propose une extension d'un modele equivalent de multicouche au cas des structures anisotropes. Ce modele decrit les premieres courbes de dispersion de la structure et tient compte des phenomenes de cisaillement pouvant agir sur le mode de flexion en hautes frequences. Le principal avantage du modele reside dans sa simplicite et sa rapidite grâce a son nombre de variables cinematiques independant du nombre de couches. Les caracteristiques du multicouche sont definies par les 5 rigidites de flexion d'une plaque equivalente mince qui est comparee a ce dernier. L'extension de modele est validee a l'aide d'une etude experimentale realisee sur des plaques composites en fibres de carbone.
Un interet tout particulier est porte sur la modelisation de l'amortissement structurel. Une definition energetique du facteur de perte, decrite par une formulation spatiale et temporelle de l'attenuation, est comparee a une definition equivalente. Une nouvelle definition de la formulation spatiale est proposee dans le cas de structures tres amorties et est comparee aux resultats de la litterature.
Dans le troisieme chapitre, la technique de caracterisation RIC est etendue au cas des structures anisotropes. Cette methode inverse s'appuie sur l'analyse du champ de deplacement de la structure et possede, grâce a son aspect local, des atouts non negligeables pour des applications industrielles. La methodologie est tout d'abord presentee pour l'identification de sources (objectif initial de la methode) et est ensuite adaptee a la caracterisation. Plusieurs applications numeriques et experimentales sont presentees afin de valider cette extension.
Enfin, le quatrieme chapitre porte sur la caracterisation experimentale d'un sandwich en nids d'abeille sur une large bande frequentielle (1 a 300 kHz). Le comportement dynamique complexe de cette structure epaisse est decrit au travers des resultats prometteurs fournis par les simulations de notre modele et les estimations de RIC. Ces resultats sont egalement compares a ceux d'un modele de reference et d'autres methodes de caracterisation.

Jae Kab Lee

Papers

Response selection and dynamic damper application to improve the identification of multiple input forces of narrow frequency band