Composites à fibres piézoélectriques pour l'amortissement de vibrations

Piezoelectric fiber composites for vibration control

¹ LOCIE- ESIGEC, Université de Savoie, Campus Savoie Technolac, 73376 Le Bourget du Lac, France
² LGEF-INSA de Lyon, Bat. 504, 20, Avenue Albert Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex , France

Résumé

Cette étude présente une méthode d’élaboration des composites à libres piézoélectriques pour l’amortissement de vibrations. Nous décrivons tout d’abord les grandes étapes de cette méthode puis exposons deux techniques de réalisation de poutres actives mises au point. Ces techniques permettent de contourner la difficulté de polarisation de grandes plaques piézo- composites en disposant «tête-bêche» les inserts polarisés de sorte à réaliser un long composite piézoélectrique par addition bout à bout d’éléments courts facilement polarisables. Nous présentons ensuite quelques caractéristiques expérimentales des piézocomposites et des poutres actives testées en amortissement de vibrations. La dernière partie de cette étude est consacrée à la modélisation (MEF) de l’amortissement de vibrations de structures actives. Nous développons une méthode de simulation des conditions aux limites de type impédance (Z = R + i Lω) connectée aux piézocomposites insérés dans une structure active. Les résultats théoriques et expérimentaux sont en assez bon accord.

Abstract

The need for "smart” materials flexible enough to be integrated into a mechanical structure led to the development of the piezoelectric fiber composite (PFC) and their integration to sensors, actuators and ultrasonic transducers. Few works has been published on the fiber elaboration process itself. Hagood [HAG 93] and Sporn [SP099] have detailed their route for making fiber composite using IDE electrode inserted into the composite. These electrodes, placed parallel to the fiber layers, are used to pole the fibers during the elaboration process and to drive them afterwards.

The present paper deals with a fiber composite elaboration process significantly different from the IDE technique and focus on the application of this material to the vibration control. The first part of the paper deals with the making process itself and describes the integration of the composite to the active structure. Experimental results concerning the physical properties of the fiber composite and the performance of the active cantilever with fiber composite inserts are presented in a second part. The third part concerns the modeling of an active cantilever beam, in harmonic or pulsed regime, and the numerical evaluation of the resulting passive damping once the fiber composite inserts are connected on a tuned impedance.