TIPE

Amortisseur réglable : une solution innovante pour les systèmes parasismiques

 

1

2

Rapport avec le thème :

Milieux : interactions, interfaces, homogénéité, ruptures

Par étude temporelle, recherche du meilleur coefficient d’amortissement permettant de limiter les variations d’amplitude d'une structure.

Objectif de l'étude :

I. Présentation du système

1/ Simulation d'un séisme

2/ Modélisation d'un bâtiment

3/ Acquisition des informations

II. Etude théorique

1/ Calcul du coefficient de rigidité k de l'acier

2/ Calcul du coefficient de viscosité λ de l'amortisseur

3/ Dynamique de la plaque de l'étage

III. Etude expérimentale

1/ Etude temporelle  

 

Sommaire

3

  • Table d’excitation à fréquence variable
  • Possession capteurs et éléments structurels
  • Support facile à adapter

1/  Simulation d'un séisme

Fréquence max : 350 tr/min

Fréquence min : 100 tr/min

4

I. Présentation du système

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

PONT GUSTAVE FLAUBERT

  • Modélisation du bâtiment : plaques en bois (x2) et plaques en acier (x2)
  • Fixation des amortisseurs

2/ Modélisation d'un bâtiment

25 cm

27 cm

Protocole

5

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

  • Mise en place du bâtiment sur le pont Gustave Flaubert

Amortisseurs réglables

120mm

Possibilité de changer l'huile de l'amortisseur

6

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

1 cP = 1 mPa.s

3/ Acquisition des informations

Accéléromètre étage

Accéléromètre tablier

Transmission des informations

Carte arduino

7

Acquérir

Traiter

Communiquer

Chaîne d'information

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

Mesure des accélérations sur une plage de +3g

Mesure des accélérations statiques (pesanteur)

Mesure l'accélération dynamique résultant des vibrations

  • Accéléromètre (x2)

8

  • Programme python

Connection à arduino

Réception des données

Fonction lissage

Détermination du module

Détermination de la période

Détermination du retard

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

listeDataPeriode = []
for i in range(len(listeData1FM)-1):
    listeDataPeriode.append(listeData1FM[i+1]-listeData1FM[i])
periode = sum(listeDataPeriode)/len(listeDataPeriode)
print("periode :",periode)

-

x

y

listeData0Lis = lissage(listeData0,21)
listeData1Lis = lissage(listeData1,21)

listeData0Amp = (max(listeData0Lis) - min(listeData0Lis))/2
listeData1Amp = (max(listeData1Lis) - min(listeData1Lis))/2

module = listeData1Amp/listeData0Amp
print("module :",module)
listeDataRetard = []
while len(listeData0FM)!=0 and len(listeData1FM)!=0:
    if listeData1FM[0]<listeData0FM[0]:
        listeData1FM.pop(0)
    else:
        listeDataRetard.append(listeData0FM.pop(0)-listeData1FM.pop(0))
retard = sum(listeDataRetard)/len(listeDataRetard)
print("retard :",retard)

Mesure des accélérations sur une plage de +3g

Mesure des accélérations statique (pesanteur)

Mesure l'accélération dynamique résultant de vibrations

  • Accéléromètre (x2)

8

Fonction lissage

  • Programme python

Moyenne des amplitudes

Détermination du module

Détermination de la période

Détermination du retard

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

II/ Etude théorique

kθ

2

O

x

θ

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

9

-λv

1/ Détermination du coefficient de rigidité k de l'acier

        Protocole :

 Application d'une force au niveau du 2ème étage

           Calcul de l'angle de déformation

 

10

θ

F=

kθ

2

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

k = (861 ±132)N

11

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

F(N)

θ(mrad)

2/ Détermination du coefficient de viscosité  λ  de l'amortisseur

Experience

amortisseur

masse

Logiciel de pointage Tracker

12

F= -λx

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

        Protocole :

 Application d'une force sur l'amortisseur

 Calcul de la vitesse de translation

 

x

400 cP

λ  = 216 N.s/m

0.0083

200g

300g

400g

500g

0.0119

0.0165

0.0218

v(m/s)

F(N)

1.962

2.943

3.924

4.905

masse (g)

Même expérience pour chaque huile :

Viscosité (cP) 200 400 600
λ(N.s/m) 58 216 354

13

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

3/ Dynamique

14

Système : {Plaque à l'étage}

  Bilan des forces :

                P = -mgz​

                 

                Fp =

 

   Fa=-λ(cos(α)xx+sin(α)zz)

-kθ

2

 -λx 

O

x

θ

z

Équation résultante du Principe fondamental de la dynamique projetée sur x :

mx +      +        +         = 0

L

Fa

P

Fp

x

2

 λx 

kx

2L

x

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

kθ

2

α=

α

π   θ

4   2

L=0,27m

 λxx 

4L

15

ω =

0

k

2Lm

ζ =

λ   L

  2  2km

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

Identification

Applications numériques :

  ζ = 0,37

ζ =1,4

ζ=2.3

ω =39,9 rad/s

0

200cP :

400cP :

600cP :

III/ Etude temporelle

        Protocole :

 Application d'une force au niveau de l'étage

 

           Rupture du fil : Échelon

 

16

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

1 / Etude temporelle

Réponse à un échelon : application de 9.81N

17

Présentation du système

Etude théorique

Etude expérimentale

Séisme

Bâtiment

Informations

λ

k

Dynamique

Etude temporelle

Sans amortisseur

amortisseur (200cp)

amortisseur (400cp)

amortisseur (600cp)

ω  =32,4 rad/s

0

  ζ = 0,37

ζ =1,4

ζ=2.3

200cP :

400cP :

600cP :

III/ conclusion

18

1

2

ζ

D'après l'étude théorique :

​Plus λ augmente plus ζ augmente

Régime privilégié :
apériodique ( ζ >       )






 		 ω   :  

D'après l'étude théorique :
ω  =39,9 rad/s

D'après l'étude expérimentale :
ω  =32,4 rad/s

200cP :

400cP :

600cP :

0

0

0

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