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Utilisation des alliages à mémoire de forme en contrôle sismique des structures

Lafortune, Pierre (2006). Utilisation des alliages à mémoire de forme en contrôle sismique des structures. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ces dernières années, l'utilisation des alliages à mémoire de forme (AMF) en contrôle passif des structures a été étudiée. Néanmoins, certains aspects restent à clarifier. Ce mémoire, présenté par articles, a donc pour but l'étude de certains de ces aspects.

Article 1: La nécessité de considérer les effets thermiques reliés à la transformation de phase est abordée dans cette étude. Les résultats numériques et expérimentaux concordent à condition que les phénomènes dynamiques propres aux AMF soient considérés. En deuxième lieu, un mouvement harmonique est appliqué sur une poutre en porte-à-faux contrôlée par deux fils d'AMF. Les déplacements de l'extrémité libre sont mesurés dans le but de déterminer l'importance relative de la dissipation d'énergie et de la variation de la rigidité sur la réponse de la structure. Les mêmes expériences sont répétées pour valider un modèle d'éléments finis (MEF), qui s'est montré apte à reproduire les oscillations de la structure.

Article 2: Des essais à échelle réduite sur table vibrante ont été effectués pour comparer l'efficacité des contreventements d'AMF et d'acier installés dans un cadre d'acier. Les résultats démontrent que les AMF sont plus efficaces pour contrôler la réponse sismique du cadre. Un MEF du cadre est développé et validé en comparant les réponses numériques et celles d'essais sur table vibrante. Finalement, les effets d'une prédéformation sur les câbles d'AMF sont étudiés de façons analytique et expérimentale. Les résultats montrent que la prédéformation améliore le comportement du cadre. Cependant, les bénéfices de la prédéformation diminuent à partir de 1.0-1.5%, dû à la diminution de la rigidité suivant la transformation de phase de l'alliage et à la compression des contreventements.

Titre traduit

The use of shape memory alloys in seismic design

Résumé anglais

Over the past decade, the use of shape memory alloys (SMA) in passive control devices has been explored. Nevertheless, some aspects need to be clarified. This thesis tries to address some of those problems. The results are presented in one journal paper and one conference paper.

Paper 1: The need to consider the thermal effect related to the phase transformation is studied. A good agreement is observed between experimental and numerical results as long as the dynamic phenomenon inherent in SMA is properly considered. Also, a cantilever bearn controlled by two SMA wires is dynamically loaded by a harmonic displacement of the fixed end in order to determine the relative influence of the energy dissipation and stiffness on the response of the structure. The exact same experiments are numerically reproduced in order to validate a finite element algorithm.

Paper 2: Small-scale shake table tests have been performed to explore the effectiveness of a steel frame equipped with SMA braces as compared to steel braces. The experimental results imply that SMAs are more effective in controlling the response of a steel frame compared with a traditional bracing system. A finite element model (FEM) of the frame is developed in order to compare the analytical results with the shake table tests. Furthermore, the effect of pre-straining the SMA braces is evaluated through both experimental and analytical studies. The results show that pre-straining improves the performance of the frame compared to the non pre-strained case. However, as the level
of pre-straining increases above approximately 1% to 1.5%, the benefits of pre-straining decrease compared with low-to-moderate pre-strain levels.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr.: f. [141]-148. Chap. 1. Notions de dynamique et état de l'art des AMF en génie sismique -- Chap. 2. Superelasticity-related phenomena of shape memory alloy passive dampers -- Chap. 3. Testing of superelastic recentering pre-strained braces for seismic resistant design -- Chap. 4. Simulation numérique d'une structure complexe.
Mots-clés libres: Alliage, AMF, Complexe, Controle, Dynamique, Forme, Genie, Memoire, Numerique, Resistance, Simulation, Sismique, Structure, Superelacticite
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Terriault, Patrick
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 14 mars 2011 15:57
Dernière modification: 03 nov. 2016 21:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/517

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