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Vibrations, Acoustiques et Structures

Aile d'avion recouverte de capteurs

L’analyse, la modélisation et la simulation des systèmes dynamiques représentent des approches déterminantes dans les phases de conception et d’optimisation d’un système, d’un mécanisme, d’une structure ou d’un matériau. Le thème VAST (Vibrations, Acoustique & Structures) développe des méthodologies destinées à fiabiliser la prédiction des comportements dynamiques : vibrations, chocs et bruit. Les problématiques traitées dans le thème VAST portent sur la dynamique et la surveillance et le diagnostic des systèmes, structures et matériaux et plus particulièrement sur les comportements dissipatifs (amortissements). Les travaux historiques et récurrents concernent la viscoélasticité, la dynamique du contact, et les matériaux structurés (composites, poroélastiques…).

 

Domaines d’application

Les activités de l’équipe sont centrées sur les technologies des transports (aéronautique, spatial, automobile, ferroviaire, et naval), les structures civiles soumises à des sollicitations dynamiques et les systèmes de production d’énergie. Ces activités sont conduites en partenariat avec des industriels (AIRBUS, ARIANE Group, SAFRAN, RENAULT, PSA,…) et des laboratoires partenaires (ONERA, LAMCOS INSA Lyon, ROBERVAL – UTC, Institut NAVIER – ENPC …)

 

 

 

Doctorants

Pour les sujets, consultez la liste des thèses en cours

Responsable du thème

Jean-Luc Dion : jean-luc.dion@supmeca.fr

 

Organisation d’évènements scientifiques

Depuis plusieurs décennies le thème VAST organise la conférence VISHNO. Les 2 dernières éditions se sont tenues à Aix en Provence en 2014 (https://sites.google.com/site/vishno2014/) et au Mans en 2016 (avec le Congrès Français d’Acoustique – http://cfa2016.univ-lemans.fr/). Chacune de ces éditions a regroupé 150 participants environ.

L’équipe a également porté l’organisation de la Journée des jeunes chercheurs en vibrations et acoustique à Supméca (JJCAB) en 2017. Et la journée Mesure de champs en dynamique des structures en 2018  https://sites.google.com/view/jmdc2018-at-supmeca

 

Séminaires VAST

  • Atelier sur « la résolution des systèmes dynamiques non linéaires en régime stationnaires » – 4 septembre 2018, Supméca, Stefania LO FEUDO
  • Atelier sur « les approximants de Padé » – 4 septembre 2018, Supméca, Benoît NENNIG

Composition de l’équipe


  Jean-Bapiste CASIMIR

jean-baptiste.casimir@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 63

Professeur des Universités

Dynamique des structures,

Méthodes « Meshless »

Viscoélasticité

 


  Jean-Luc DION

Jean-luc.dion@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 12

Professeur des Universités

Vibrations non linéaires

Traitement du signal                     

Dynamique Multicorps

https://www.researchgate.net/profile/Jean_Luc_Dion2

 


  Stéphane JOB

Stephane.job@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Maître de Conférences

Vibroacoustique

Granulaires

 


  Stefania LO FEUDO

stefania.lofeudo@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Maître de Conférences

Contôle passif des vibrations

Vibrations non linéaires

Mesure de champs par camera rapide

 


  Martin GHIENNE

martin.ghienne@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Enseignant – Chercheur       

Dynamique stochastique des structures

Mesure de champs par camera rapide

 


  Benoit NENNIG

benoit.nennig@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Maître de Conférences

Vibroacoustique

Métamatériaux

 


  Nicolas  PEYRET

nicolas.peyret@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Maître de Conférences

Amortissement des structures

Calcul non linéaire des structures

Conception

 


  Franck RENAUD

franck.renaud@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Maître de Conférences

Dynamique des structures

Viscoélasticité

Dynamique Multicorps

 


  Alain STRICHER

alain.stricher@supmeca.fr

+33 1 49 45 29 00

Professeur agrégé

Tolérancement des structures assemblées

 

 

Doctorants


  Reza BABAJANIVALASHEDI

reza.babajanivalashedi@supmeca.fr

Dynamique et contrôle du ballotement

 


    Sophie Charles

sophie.charles@supmeca.fr

Impact de l’habilité spatiale sur la capacité à concevoir en 3D

 


  adrien.chassaigne@supmeca.fr

Propriété amortissante des collages structuraux

 


  Adrien GOELLER

adrien.goeller@supmeca.fr

Analyse dynamique vibratoire par vidéo rapide

« Contribution à la perception augmentée de scènes dynamiques : schémas temps réels d’assimilation de données pour la mécanique du solide et des structures » Janvier 2018

 


    Kévin Jaboviste

Kevin.jaboviste@univ-fcomte.fr

Contribution à l’étude et à la conception des suspensions et amortisseurs vibratoires utilisant des matériaux métalliques et élastomères

 


  Tanguy LOREAU

tanguy.loreau@renault.com

Approche multicorps des calculs de Crash

 


    Anthony Meurdefroid

Anthony.meurdefroid@supmeca.fr

Dynamique des structures assemblées – Amortissement non linéaire

 


  Marco ROSATELLO

marco.rosatello@supmeca.fr

Amortissement dans les structures assemblées

 


    Emna SGHAIER

emna.sghaier@supmeca.fr

Dynamique des machines tournantes

 


    Hadrien TOURNAIRE

hadrien.tournaire@gmail.com

Modèles réduits pour la dynamique des structures assemblées

 « Méthodologie pour génération de modèles réduits dynamiques multiphysiques : application aux open rotors » Juillet 2017

 

 

Photographies : Florence Dujarric www.florencedujarric.com

Publications récentes

  • S. Lo Feudo, C. Touzé, J. Boisson, G. Cumunel, “Nonlinear magnetic vibration absorber for passive control of a multi–storey structure”, Journal of Sound and Vibration, 2018
  • Yang, E. Perrey-Debain, B. Nennig, J.-D. Chazot “Development of 3D PUFEM with linear tetrahedral elements for the simulation of acoustic waves in enclosed cavities”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2018
  • Harbaoui, J.B. Casimir, M.A. Khadimallah, M. Chafra ”A new prestressed dynamic stiffness element for vibration of thick circular cylindrical shells”, International Journal of Mechanical Sciences, 2018
  • Dauchez, B. Nennig, O. Robin “Extra sound absorption within a poroelastic lamellas network under oblique incidence”, Acta Acust. United Ac., 2018
  • Buttinoni, J. Cha, W.-H. Lin, S. Job, C. Daraio and L. Isa. Equal contribution.”Direct observation of impact propagation and absorption in dense colloidal monolayers » Proc Natl Acad Sci USA , 2017
  • Nicolas Peyret, Marco Rosatello, Gaël Chevallier, Jean-Luc Dion ”A Mindlin derived Dahl friction model”, Mechanism and Machine Theory, 2017
  • Stéphane Griffiths, Benoit Nennig, Stéphane Job “Porogranular materials composed of elastic Helmholtz resonators for acoustic wave absorption” Journal of the Acoustical Society of America, 2017
  • Lei Xiong, Benoit Nennig, Yves Aurégan, Wenping Bi “Sound attenuation optimization using metaporous materials tuned on exceptional points”, Journal of the Acoustical Society of America, 2017
  • Olfa Ghorbel, Jean-Baptiste Casimir, Lotfi Hammami, Imad Tawfiq, Mohamed Haddar ”In-plane dynamic stiffness matrix for a free orthotropic plate”, Journal of Sound and Vibration, 2016
  • Jean-Baptiste Casimir, Mohamed Amine Khadimallah, Manh Cuong Nguyen ”Formulation of the dynamic stiffness of a cross-ply laminated circular cylindrical shell subjected to distributed loads“ Computers and Structures, 2016
  • Marwa Masmoudi, Stéphane Job, Mohamed Slim Abbes, Imad Tawfiq et Mohamed Haddar ”Experimental and numerical investigations of dissipation mechanisms in particle dampers” Granular Matter, 2016
  • Stephane Griffiths, Benoit Nennig, Stéphane Job « Absorption acoustique par des coques résonantes », Acoustique et Techniques, 2016
  • Hamza Bouaziz, Nicolas Peyret, Mohamed Slim Abbes, Gaël Chevallier, Mohamed Haddar ”Vibration reduction of an assembly by control of the tightening load » International Journal of Applied Mechanics, 2016
  • Hanen Jrad, Jean Luc Dion, Franck Renaud, Imad Tawfiq, Mohamed Haddar : “Experimental and numerical investigation of energy dissipation in elastomeric rotational joint under harmonic loading”, Mechanics of Time-Dependent Materials, 2016
  • Nicolas Peyret, Jean-Luc Dion, Gaël Chevallier “A framework for backbone experimental tracking : Piezoelectric actuators, stop-sine signal and Kalman filtering”, Mechanical Systems and Signal Processing, 2016
  • Nicolas Peyret, Jean-Luc Dion, Gaël Chevallier ”Dynamic Damping in Joints: Multiscale Model Taking into Account Defects in a Nominally Plane Surface” International Journal of Applied Mechanics, 2016
  • F Djemal, F Chaari, J-L Dion, F Renaud, I Tawfiq and M Haddar “Performance of a non linear dynamic vibration absorbers”, Journal of Mechanics, 2015
  • Olfa Ghorbel, Jean-Baptiste Casimir, Lotfi Hammami, Imad Tawfiq, Mohamed Haddar “Dynamic stiffness formulation for free orthotropic plates”, Journal of Sound and Vibration”, 2015
  • J.-P. Groby, Benoit Nennig, C. Lagarrigue, B. Brouard, O. Dazel,V. Tournat ”Enhancing the absorption properties of acoustic porous plates by periodically embedding Helmholtz resonators”, Journal of the Acoustical Society of America, 2015
  • Binois, E. Perrey-Debain, N. Dauchez, Benoit Nennig, J.-M. Ville, G. Beillard “On the efficiency of parallel baffle-type silencers in rectangular ducts: prediction and measurement” Acta Acustica united with Acustica, 2015
  • Jean-Luc Dion, Franck Renaud, Imad Tawfiq, Hanen Jrad                “Identification method of Non Linear Generalized Maxwell Model for viscoelastic components”, Mécanique des Polymères, 2015
  • Benoit Nennig, Rémy Binois, Emmanuel Perrey-Debain, Nicolas Dauchez ”A homogenization method used to predict the performance of silencers containing parallel splitters” Journal of the Acoustical Society of America, 2015
  • Cyrille Stephan, Hugo Festjens,Franck Renaud, Jean-Luc Dion ”Poles tracking of weakly nonlinear structures using a Bayesian smoothing method” Mechanical Systems and Signal Processing, 2015
  • Ghorbel, J.B. Casimir,L. Hammami, I. Tawfiq,M. Haddar “Dynamic stiffness formulation for free orthotropic plates”,Journal of Sound and Vibration 2015

 

Nos activités sont centrées sur :

La viscoélasticité

Les granulaires

Les métamatériaux et les matériaux fonctionnalisés

L'amortissement et la dissipation d’énergie dans les assemblages

Lors de la phase de conception des structures, la prédiction du comportement dynamique de celle-ci est souvent entachée d’erreurs dues à une mauvaise évaluation de l’amortissement global de la structure. Ce niveau vibratoire est fortement dépendant de l’amortissement induit par les assemblages des sous-structures entre elles. Cet amortissement est consécutif à une perte d’énergie par frottement dû à des glissements partiels dans les interfaces de liaison. L’objet de ces travaux est de se focaliser sur cette énergie dissipée par frottement apparaissant lors des vibrations de la structure et influençant son comportement dynamique.

photo illustrant un essai d'Amortissement et dissipation d'énergie dans les assemblages

Les travaux menés visent :

  • à quantifier expérimentalement cet amortissement,
  • à évaluer numériquement cet amortissement à différentes échelles (contact micro géométrique, liaison, structure).

De plus des travaux récents visent à concevoir et à prototyper des technologies de liaisons amortissantes pour des assemblages métalliques. La justification de ces travaux repose sur le fait que les structures modernes doivent combiner fiabilité, durée de vie, confort, légèreté, faible coût, vitesse et consommation d’énergie réduite. Pris séparément, ces paramètres, bien que de nature différente, sont tous améliorés lorsque l’amortissement dans la structure augmente. La réduction des vibrations résulte toujours d’un compromis entre ces différents paramètres et l’ajout d’amortissement ne saurait les améliorer tous à la fois. Ces travaux visent à maximiser l’apport d’amortissement dans les liaisons mécaniques et plus généralement ces recherches contribuent à l’amélioration des performances des structures.

Photo illustrant un essai Amortissement et dissipation d’énergie dans les assemblages

Les recherches conduites sont réalisées avec le soutien d’organismes et d’industriels dans le cadre de programmes de recherche (R&T CNES, FUI (MAIAS, CLIMA), IRT SystemX, EDF, ASTECH, JPB SYSTEM, AIRBUS, SOPEMEA, AVNIR, SDTOOLS, FCBA.

La mesure de champs vibratoires par cameras rapides

Mesure de champs vibratoires par cameras rapides

L’analyse vibratoire des systèmes mécaniques et des structures revêt une importance capitale pour la détermination de leur comportement en conditions d’exploitation ou suite à des évènements exceptionnels. Par conséquent, l’étude expérimentale des vibrations d’un système (mécanique, aéronautique, civil) est désormais une étape indispensable dans le processus de conception et de monitorage. A cet effet, en complément des outils de mesure traditionnels tels que accéléromètres piézoélectriques, capteurs de déplacement lasers et vibromètres lasers, les caméras rapides se présentent comme une solution d’avenir, étant capables de filmer sans contact des grandes scènes à cadences très élevées, voire de l’ordre de milliers d’images par seconde.

Les mesures par caméras rapide permettent donc de définir des champs vibratoires sur la structure, aussi bien en régime transitoire qu’en régime stationnaire, tandis que l’utilisation de plusieurs caméras entourant la structure permet de mesurer son comportement en 3D, ainsi que de détecter les oscillations d’éléments difficiles à atteindre avec les instruments classique de mesure. C’est le cas par exemple des bords de l’interface de contact dans une liaison, ou de la surface libre d’un fluide dans un conteneur rigide en mouvement.

 

Nos études se concentrent donc sur l’exploitation de cette nouvelle technologie, avec une attention particulière aux points suivants :

  • traitement des images (binarisation, optimisation des codes, reduction du temps de calcul) ;
  • détection des points d’intérêt (points, bords, surfaces, fluides) ;
  • tracking des mires ;
  • filtrage et assimilation des données ;
  • analyse modale opérationnelle par vision 3D multi-points de vue ;
  • reconstruction du comportement de la structure 3D à partir des modeles et des mesures ;
  • analyse vibratoire en temps réel.

Plus précisément, grâce aux algorithmes de traitement d’image développés, des points d’intérêt (features) peuvent être détectés, et leur mouvement suivi tout au long de l’essai dynamique. Les techniques de filtrage des signaux et d’assimilation des données fournissent donc les informations nécessaires à effectuer l’analyse modale expérimentale et l’identification des propriétés dynamiques du système. Nos recherches visent en outre au développement de méthodes d’analyse en temps réel du comportement vibratoire, tout en s’appuyant sur la complémentarité entre mesures expérimentales et modèles numériques.

Trois type d'images de mesure de champs vibratoires par cameras rapides

Les campagnes de mesure expérimentales sont conduites au sein du laboratoire d’essais de l’équipe VAST, ainsi que dans le cadre de projets de recherche (FUI CLIMA, EUGENE) et des collaborations avec établissements académiques et industriels (Université de Liège, SOPEMEA).

Les méthodes d’assimilations de données appliquées à la dynamique des structures

Parallèlement aux développements des méthodes de mesures de champs appliquées à la dynamique des structures, l’équipe VAST conduit des recherches sur les méthodes d’assimilation de données visant à alimenter en temps réel le lien entre un système dynamique et son jumeau numérique.

Les méthodes développées sont basées sur des approches stochastique Bayésiennes (Filtres de Kalman) et sont construites avec des systèmes d’états issus de la dynamique des structures et des solides.

Les études conduites en assimilation de données sont alimentées par des technologies de capteurs très variées alliant des caméras rapides, des accéléromètres, des capteurs de forces… et visent à enrichir la qualité des modèles et la capitalisation des vécus de simulations et de mesures.

Aile d'avion recouverte de capteurs

Ces techniques sont développés dans différents domaines d’application (dynamique des structures, dynamique multicorps, analyse des modes de défaillance dynamique d’une chaine de production) avec différents partenaires industriels de l’aéronautique, de l’automobile et de la cosmétique (AIRBUS, SOPEMEA PSA, PUIG, PKB, VISIOLASER)

Les modèles réduits en dynamique des structures

L’analyse du comportement dynamique des structures, que ce soit dans le cadre de l’étude de leurs vibrations linéaires ou non, des problèmes couplés multiphysiques ou vibro-acoustiques, des problèmes de réponses transitoires et de dynamique rapide, conduisent à l’élaboration de modèles nécessitant des ressources numériques extrêmes. De tels modèles sont souvent difficiles à exploiter ou s’avèrent inadaptés lorsqu’il s’agit d’utiliser de telles analyses dans des procédés itératifs d’optimisation, lorsqu’il s’agit d’explorer en pré-conception de nombreuses configurations d’un même système et ceci pour des gammes de fréquences variées et/ou étendues, lorsqu’il s’agit de concevoir des systèmes de diagnostic temps réel ou encore de les implémenter sur des systèmes mécatroniques embarqués.

Le recours à la réduction de modèle est un des moyens que le thème VAST développe et met en œuvre depuis une vingtaine d’années pour parvenir à traiter ces problèmes. Ces modèles lui permettent de disposer d’outils de simulation efficaces et robustes parfaitement adaptés au type de simulation envisagée et aux ressources numériques disponibles. Les techniques de réduction de modèles classiquement utilisées en dynamique des structures, basées sur l’exploitation de bases modales, sur l’analyse modale expérimentale, sont étendues aux problèmes non-linéaires et aux problèmes multi-physiques. L’effort actuel consiste à compléter ces approches par des modélisations de type meshless. Des modèles continus d’éléments structuraux en matériaux orthotropes sont développés en ce moment dans un cadre Dynamic Stiffness Method et exploités par exemple pour la conception de structures intelligentes.

Des partenariats industriels réguliers permettent de valoriser ces approches pour développer des outils opérationnels répondant au plus près aux exigences des concepteurs. (Renault, Thales… )

 

Modèle continu de type Meshless

Modèle continu de type Meshless

 

Le calcul stochastique en dynamique des structures