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Modeling and shape estimation of smart structures for active control

Sekouri, El Mostafa (2004). Modeling and shape estimation of smart structures for active control. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Piezoelectric materials allow the transformation of electric constraints into mechanical constraints and vice versa. They are used as controllers or sensors in the industrial field. The analysis of the behavior of piezoelectric materials lays within the use of these materials in structures whose form or modes of vibration are to be controlled.

The need for these studies is crucial. From a general point of view, the need for stability of structures has become increasingly important with the development of technologies related to telecommunications and microtechniques. Adaptive structures are the only means to achieve the requisite stability in the face of diverse situations. The objective of this research is to model the effect of electro- mechanical coupling and to estimate the shape of the adaptive structures for active control.

Ideal models were developed for various adaptive structures. These models make it possible to determine the static and dynamic behavior of these structures. The model behavior was compared with experimental results and the, numerical, finite elements and the Rayleigh-Ritz methods. Results obtained from all of the above approaches reveal good agreements among them. For a possible application of active control, the analysis of substructures in commercial FEA software ANSYS is used to extract the mass, the rigidity and input matrices.

In order to evaluate at real time the shape of the flexible or composite structures, an algorithm was developed to determine the forms of the structures under arbitrary loads and different boundary conditions. The results obtained by this method were compared with those obtained from numerical, the finite elements and experimental methods. The results also, show that the developed algorithm makes it possible to correctly estimate the structures.

Titre traduit

Modélisation et estimation de la forme des structures intelligentes pour le contrôle actif

Résumé traduit

Les matériaux piézo-électriques permettent la transformation de contraintes électriques en contraintes mécaniques et vice-versa. Ils sont utilisés comme contrôleurs ou capteurs dans l'industrie. L'analyse du comportement des matériaux piézo-électriques, en plus de son intérêt propre réside dans l'utilisation de ces matériaux dans des structures dont on veut contrôler, soit la forme, soit les modes de vibration.

L'intérêt de ces études est multiple. D'un point de vue plus général, le besoin de stabilité des structures devient de plus en plus important avec le développement des technologies liées aux télécommunications et micro - techniques. Les structures adaptatives sont la seule solution d'un point de vue théorique en mesure d'assurer la stabilité. L'objectif de cette recherche consiste à modéliser l'effet de couplage mécanique - électrique et à estimer la forme des structures adaptatives pour le contrôle actif.

Des modèles théoriques ont été développés pour différentes structures adaptatives. Ces modèles permettent de déterminer le comportement statique et dynamique de ces structures. Les résultats de ces modèles ont été comparés avec les résultats expérimentaux et numériques: élément finis ou/et la méthode de Rayleigh Ritz. Les résultats obtenus montrent de bonnes concordances avec les trois approches. Pour une application éventuelle du contrôle l'analyse de substructure dans le logiciel commercial d'élément fini ANSYS est employée pour extraire les matrices de masse, de rigidité et d'entrée.

Afin d'évaluer en temps réel la forme des structures flexibles ou composites, un algorithme a été développé pour déterminer la forme des structures dans des conditions de chargement arbitaires et différentes conditions aux limites. Les résultats obtenus par cette méthode sont comparés à ceux obtenus par les méthodes numériques, les éléments finis et les résultats expérimentaux. Les résultats obtenus montrent que l'algorithme développé permet d'estimer les structures correctement.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to the École de technologie supérieure in partial fulfillment of the thesis requirement for the degree of philosophy doctor in engineering". Bibliogr.: f. [158]-164.
Mots-clés libres: Actif, Adaptatif, Controle, Couplage, Electrique, Estimation, Forme, Intelligent, Mecanique, Modelisation, Structure
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Ngô, Anh-Dung
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hu, Yam-Ru
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 02 mai 2011 20:22
Dernière modification: 06 déc. 2016 21:50
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/685

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