Onset of thermal ripples at the interface of an evaporating liquid under a flow of inert gas

peer reviewe

Caractérisation Vibro-Acoustique d'une table d'harmonie de Piano droit – Comparaison Mesures /Modèle Analytique

Un modèle vibroacoustique analytique de table d'harmonie de piano est développé au LVA dans le cadre d'un travail de doctorat [1],. De nombreux paramètres entrent en jeu dans la conception d'une table (géométrie, position et nombre de raidisseurs et chevalets, direction d'orthotropie, matériaux…), rendant une étude paramétrique basée sur l'expérimentation ou une approche éléments finis peu envisageable. L'objectif de ce modèle analytique est dès lors de créer un outil numérique simplifié d'aide à la facture instrumentale. Cet outil permettrait alors d'évaluer l'impact des modifications géométriques effectuées sur la table sur le son rayonné par le piano. Dans le but de valider ce modèle et les hypothèses de simplification associées, une étude expérimentale a lieu en parallèle. Ce papier présente la démarche de validation expérimentale, effectuée sur une table de piano droit Pleyel P131, représentative d'un piano milieu de gamme. Après une courte présentation du modèle, le papier expose les informations comparées, puis les méthodes de mesures. Enfin, les résultats sont discutés. Des perspectives concernant la puissance rayonnée seront présentées

Implementation and validation of a slender vortex filament code: its application to the study of a four-vortex wake model

A computational code EZ-vortex is developed for the motion of slender vortex filaments of closed or open shape. The integro-differential equations governing the motion of the vortex centrelines are either the Callegari and Ting equations, which are the leading order solution of a matched asymptotic analysis, or equivalent forms of these equations. They include large axial velocity and nonsimilar profiles in the vortical cores. The fluid may be viscous or inviscid. This code is validated both against known solutions of these equations and results from linear stability analyses. The linear and non-linear stages of a perturbed two-vortex wake and of a four-vortex wake model are then computed

Shrinkage characterization and compensation for 3DPC

3D concrete printing is an additive manufacturing process in which elongated beads are assembled in layers to form 3D parts. In cementitious materials, water evaporation as well as the setting of the material results in a volumetric shrinkage of the printed structures. This imposed shrinkage strain, commonly referred to as eigenstrain, is the source of residual progressive stress evolution within the printed parts. Consequently, the accumulation of stress during fabrication and drying may induce cracks, buckling, and surface defects in the final product. Evaluating and modeling the effect of shrinkage on the printed beads is therefore essential to optimize the machine path and process parameters in order to mitigate such issues and guarantee the integrity of the printed parts. In particular, this paper focuses on the development of a compensation strategy such that the final geometry correctly approximates the target geometry. The proposed approach relies on the experimental characterization of the displacement field and hence the total strain by using Digital Image Correlation performed on in-situ imaging of the process. The history of the eigenstrain strain (i.e., shrinkage) has been measured on flat rectangular thin-walled walls, and then used in a mechanical model as an imposed strain. Resulting geometrical distortions have been validated against experiments. On this basis, a simple compensation strategy is proposed consisting in correcting the initial machine path by the opposite of the computed distortions when the structure is subjected to shrinkage. Several examples on various part geometries are presented and discussed. A fast one-dimensional mechanical model named QuadWire proposed recently is being used for numerical simulations, as the final objective is to create large database to train neural network algorithms in order to apply this compensation strategy in real-time during the printing process

Single Atom Convolutional Matching Pursuit: Theoretical Framework and Application to Lamb Waves based Structural Health Monitoring

Structural Health Monitoring (SHM) aims to monitor in real time the health state of engineering structures. For thin structures, Lamb Waves (LW) are very efficient for SHM purposes. A bonded piezoelectric transducer (PZT) emits LW in the structure in the form of a short tone burst. This initial wave packet (IWP) propagates in the structure and interacts with its boundaries and discontinuities and with eventual damages generating additional wave packets. The main issues with LW based SHM are that at least two LW modes are simultaneously excited and that those modes are dispersive. Matching Pursuit Method (MPM), which consists of approximating a signal as a sum of different delayed and scaled atoms taken from an a priori known learning dictionary, seems very appealing in such a context, however is limited to nondispersive signals and relies on a priori known dictionary. An improved version of MPM called the Single Atom Convolutional Matching Pursuit method (SACMPM), which addresses the dispersion phenomena by decomposing a measured signal as delayed and dispersed atoms and limits the learning dictionary to only one atom, is proposed here. Its performances are illustrated when dealing with numerical and experimental signals as well as its usage for damage detection. Although the signal approximation method proposed in this paper finds an original application in the context of SHM, this method remains completely general and can be easily applied to any signal processing problem

Screen Printed Piezoelectric Transducers for Structural Health Monitoring of Curved Thick Composite Panels

This research focuses on the development and experimental validation of a novel printed piezoelectric transducers network employed on a foreign object damage panel substructure of an aircraft engine fan blade. The main goal of the work is to leverage the screen printing technology to fabricate arrays of piezoelectric transducers and ultimately employ these trans- ducers for operations, enabling the development of structural health monitoring methods for the panel. The printed transducer is made up of a piezoelectric layer sandwiched between two silver electrodes, each printed in a controlled manner. Upon printing and drying of the layers, the transducers undergo polarization. The electromechanical behaviour of the printed transducers, characterized using impedance measurements, exhibits high repeatability, thus indicating its potential for large scale industrial deployment. Following this, it is demon-strated that the transducers are capable of accurately sensing impact, which is one the mostcommon yet critical sources of damage to an engine fan blade. It is also shown that the printed transducers are able to detect acoustic emission events. The ability of the printed transducers to actuate and sense guided wave signals over a range of ultrasonic frequencies is also demonstrated. Furthermore, apart from the noticeable advantages of the non-intrusive nature, and negligible weight as compared to their traditional ceramic counterparts, the printed piezoelectric transducers can potentially be integrated into the manufacturing process in the future, and the presence of transducer arrays ensures the availability of other transducers in case of an individual failure during service. This innovative printing technol-ogy for PZT transducer networks thus holds significant promise in bridging the gap between research advancements and the industrial implementation of SHM technology

Caractérisation large bande du comportement dynamique linéaire des structures hétérogènes viscoélastiques anisotropes : application à la table d'harmonie du piano

The present work, as part of the MAESSTRO ANR project, is motivated by the replacement of wood by composite material in the design of the piano soundboard. The main focus is on the characterization of the mechanical properties of both replaced and replacement materials in a wide frequency range, taking into account anisotropy, heterogeneous and viscoelastic behavior. First, the wave propagation in such structures is investigated; boundary conditions and loads are discarded to focus on the mechanisms responsible for the energy transmission in the media. The footprint of the complex behavior of the studied structures is represented and interpreted via the dispersion surfaces. Second, a robotized setup is proposed, allowing for the measurement of the full-field instantaneous 3D velocity along the surface of structures submitted to a repeated dynamic load. Third, identification methods using this experimental data are proposed. Based on the parameters of a reduced signal model of the measurement identified with an original ESPRIT method, inverse eigenvalue problems are formulated. Both transient and steady regime are investigated, respectively through modal analysis and the proposed wavevector analysis. The proposed methods are validated through applications on homogeneous beams and anisotropic plates. Finally, the overall proposed procedure is applied for the identification of the material properties of the soundboard of the Stephen Paulello technologies SP190// grand pianoLe présent travail, réalisé dans le cadre du projet ANR MAESSTRO, concerne le remplacement des tables d’harmonie de piano traditionnellement constituées d’épicéa par des structures composites stratifiées. Cette démarche suppose une connaissance fine des matériaux à remplacer et des matériaux de remplacement. La contribution de la thèse consiste donc en le développement d’outils de caractérisation du comportement dynamique de structures viscoélastiques anisotropes hétérogènes sur une large bande de fréquence. Dans une première partie, l’étude théorique de la propagation des ondes planes dans ces structures est étudiée. Contrairement à une approche modale classique, les conditions aux limites et chargements sont écartés du problème. Les surfaces de dispersion obtenues contiennent la signature de l’anisotropie, de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques ou encore du comportement dissipatif de la structure. La deuxième partie est dédiée au développement d’un moyen de mesure plein-champ robotisé. Celui-ci permet la mesure du champ de vitesse tridimensionnel instantané d’une structure soumise à un chargement dynamique répétable. La définition de l’expérience est intégrée dans un environnement CAO, permettant la prise en compte des problématiques liées à l’utilisation d’un bras robot, ainsi que l’automatisation complète de la mesure. La troisième partie est consacrée à la formulation de procédures d’identification basées sur les mesures obtenues. Les paramètres d’un modèle réduit de la mesure sont identifiés par le biais d’une méthode ESPRIT originale, intégrant des développements spécifiques aux mesures plein-champ. Ces paramètres sont ensuite utilisés pour exprimer un problème aux valeurs propres inverse permettant l’identification des propriétés de la structure mesurée. La démarche est mise en œuvre dans le cadre de l’analyse modale (régime transitoire) et l’analyse en vecteurs d’onde proposée (régime permanent). Des validations expérimentales sur des poutres homogènes et plaques anisotropes sont présentées. Le manuscrit conclut par l’application des méthodes proposées à l’identification des propriétés matériau d’une table d’harmonie de piano à queue Stephen Paulello Technologies SP190/

Caractérisation large bande du comportement dynamique linéaire des structures hétérogènes viscoélastiques anisotropes : application à la table d'harmonie du piano

The present work, as part of the MAESSTRO ANR project, is motivated by the replacement of wood by composite material in the design of the piano soundboard. The main focus is on the characterization of the mechanical properties of both replaced and replacement materials in a wide frequency range, taking into account anisotropy, heterogeneous and viscoelastic behavior. First, the wave propagation in such structures is investigated; boundary conditions and loads are discarded to focus on the mechanisms responsible for the energy transmission in the media. The footprint of the complex behavior of the studied structures is represented and interpreted via the dispersion surfaces. Second, a robotized setup is proposed, allowing for the measurement of the full-field instantaneous 3D velocity along the surface of structures submitted to a repeated dynamic load. Third, identification methods using this experimental data are proposed. Based on the parameters of a reduced signal model of the measurement identified with an original ESPRIT method, inverse eigenvalue problems are formulated. Both transient and steady regime are investigated, respectively through modal analysis and the proposed wavevector analysis. The proposed methods are validated through applications on homogeneous beams and anisotropic plates. Finally, the overall proposed procedure is applied for the identification of the material properties of the soundboard of the Stephen Paulello technologies SP190// grand pianoLe présent travail, réalisé dans le cadre du projet ANR MAESSTRO, concerne le remplacement des tables d’harmonie de piano traditionnellement constituées d’épicéa par des structures composites stratifiées. Cette démarche suppose une connaissance fine des matériaux à remplacer et des matériaux de remplacement. La contribution de la thèse consiste donc en le développement d’outils de caractérisation du comportement dynamique de structures viscoélastiques anisotropes hétérogènes sur une large bande de fréquence. Dans une première partie, l’étude théorique de la propagation des ondes planes dans ces structures est étudiée. Contrairement à une approche modale classique, les conditions aux limites et chargements sont écartés du problème. Les surfaces de dispersion obtenues contiennent la signature de l’anisotropie, de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques ou encore du comportement dissipatif de la structure. La deuxième partie est dédiée au développement d’un moyen de mesure plein-champ robotisé. Celui-ci permet la mesure du champ de vitesse tridimensionnel instantané d’une structure soumise à un chargement dynamique répétable. La définition de l’expérience est intégrée dans un environnement CAO, permettant la prise en compte des problématiques liées à l’utilisation d’un bras robot, ainsi que l’automatisation complète de la mesure. La troisième partie est consacrée à la formulation de procédures d’identification basées sur les mesures obtenues. Les paramètres d’un modèle réduit de la mesure sont identifiés par le biais d’une méthode ESPRIT originale, intégrant des développements spécifiques aux mesures plein-champ. Ces paramètres sont ensuite utilisés pour exprimer un problème aux valeurs propres inverse permettant l’identification des propriétés de la structure mesurée. La démarche est mise en œuvre dans le cadre de l’analyse modale (régime transitoire) et l’analyse en vecteurs d’onde proposée (régime permanent). Des validations expérimentales sur des poutres homogènes et plaques anisotropes sont présentées. Le manuscrit conclut par l’application des méthodes proposées à l’identification des propriétés matériau d’une table d’harmonie de piano à queue Stephen Paulello Technologies SP190/

Wide-band characterization of the heterogeneous viscoelastic and anisotropic dynamical behavior of structures : application to the piano soundboard

Le présent travail, réalisé dans le cadre du projet ANR MAESSTRO, concerne le remplacement des tables d’harmonie de piano traditionnellement constituées d’épicéa par des structures composites stratifiées. Cette démarche suppose une connaissance fine des matériaux à remplacer et des matériaux de remplacement. La contribution de la thèse consiste donc en le développement d’outils de caractérisation du comportement dynamique de structures viscoélastiques anisotropes hétérogènes sur une large bande de fréquence. Dans une première partie, l’étude théorique de la propagation des ondes planes dans ces structures est étudiée. Contrairement à une approche modale classique, les conditions aux limites et chargements sont écartés du problème. Les surfaces de dispersion obtenues contiennent la signature de l’anisotropie, de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques ou encore du comportement dissipatif de la structure. La deuxième partie est dédiée au développement d’un moyen de mesure plein-champ robotisé. Celui-ci permet la mesure du champ de vitesse tridimensionnel instantané d’une structure soumise à un chargement dynamique répétable. La définition de l’expérience est intégrée dans un environnement CAO, permettant la prise en compte des problématiques liées à l’utilisation d’un bras robot, ainsi que l’automatisation complète de la mesure. La troisième partie est consacrée à la formulation de procédures d’identification basées sur les mesures obtenues. Les paramètres d’un modèle réduit de la mesure sont identifiés par le biais d’une méthode ESPRIT originale, intégrant des développements spécifiques aux mesures plein-champ. Ces paramètres sont ensuite utilisés pour exprimer un problème aux valeurs propres inverse permettant l’identification des propriétés de la structure mesurée. La démarche est mise en œuvre dans le cadre de l’analyse modale (régime transitoire) et l’analyse en vecteurs d’onde proposée (régime permanent). Des validations expérimentales sur des poutres homogènes et plaques anisotropes sont présentées. Le manuscrit conclut par l’application des méthodes proposées à l’identification des propriétés matériau d’une table d’harmonie de piano à queue Stephen Paulello Technologies SP190//The present work, as part of the MAESSTRO ANR project, is motivated by the replacement of wood by composite material in the design of the piano soundboard. The main focus is on the characterization of the mechanical properties of both replaced and replacement materials in a wide frequency range, taking into account anisotropy, heterogeneous and viscoelastic behavior. First, the wave propagation in such structures is investigated; boundary conditions and loads are discarded to focus on the mechanisms responsible for the energy transmission in the media. The footprint of the complex behavior of the studied structures is represented and interpreted via the dispersion surfaces. Second, a robotized setup is proposed, allowing for the measurement of the full-field instantaneous 3D velocity along the surface of structures submitted to a repeated dynamic load. Third, identification methods using this experimental data are proposed. Based on the parameters of a reduced signal model of the measurement identified with an original ESPRIT method, inverse eigenvalue problems are formulated. Both transient and steady regime are investigated, respectively through modal analysis and the proposed wavevector analysis. The proposed methods are validated through applications on homogeneous beams and anisotropic plates. Finally, the overall proposed procedure is applied for the identification of the material properties of the soundboard of the Stephen Paulello technologies SP190// grand pian

Mécanique, acoustique et facture instrumentale du piano : vers le développement de tables d'harmonies en matériaux composites

National audienceCette conférence se divisera en deux parties. Dans une première partie nous présenterons les recherches scientifiques menées ces dernières années au LVA (INSA de Lyon), au LMS (École Polytechnique), au laboratoire Navier (Ecole des ponts) et à l'IMSIA (ENSTA) sur le comportement vibro-acoustique de la table d'harmonie du piano. Des résultats expérimentaux, analytiques et numériques seront donnés et nous tenterons de répondre à quelques questions concrètes relatives à la facture du piano : - comment améliorer le fonctionnement de la table pour les notes aiguës ? - quelle est la fonction dynamique des raidisseurs et du chevalet ? Leur importance dans la recherche du compromis "puissance rayonnée - longueur de son" ? Quels seraient les effets des modifications de la taille de ces superstructures (nombre/taille/espacements/géométrie...) ? Dans une seconde partie seront présentés les travaux réalisés en collaboration avec le facteur de piano Stephen Paulello, dans le but d'envisager un remplacement des tables d'harmonie de piano à queue en épicéa par des structures composites