Experimental and numerical uncertain vibration analysis of multilayered timber structures assembled using compressed wood dowels - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2020

Experimental and numerical uncertain vibration analysis of multilayered timber structures assembled using compressed wood dowels

Analyses expérimentale et numérique du comportement vibratoire des structures bois multicouches assemblées par des tourillons en bois densifié avec prose en compte des incertitudes

Abstract

This study presents an experimental and numerical investigation on the vibrational serviceability performance of novel adhesive free engineered wood products (AFEWPs), namely adhesive free laminated timber beams (AFLB) and adhesive free cross-laminated timber panels (AFCLT), assembled through thermo-mechanically compressed wood dowels (CWD). The experimental modal analyses were carried out under free-free conditions using a hammer impact. Natural frequencies, mode shapes, and damping ratio were assessed experimentally. In addition, similar glued timber beams (conventional glulam) were manufactured and tested for comparison purpose. A 3D FE model was developed and validated by comparison against experimental data and then used to predict the vibrational behavior of a realistic flooring system made with AFCLT panel measuring 4.5 m x 5.5 m. A parametric study was performed on the FE model to maximize the floor stiffness. The predicted FE results were discussed with regard to the Eurocode 5 vibrational serviceability design requirements showing acceptable vibrational performance. A simplified FE model was then developed to reduce computational cost. The variability level of the results for the AFEWPs was also studied and discussed. The numerical variability of frequencies of the AFEWPs was investigated based on the development of the Modal Stability Procedure (MSP). The MSP result was first compared with the FE result in the nominal case. Then, the statistic results (mean value, standard deviation, coefficient of variation and distribution) obtained from the MSP were compared with the results from the classical method (direct Monte Carlo simulation) and experimental results. A quick error estimation between the MSP and the direct Monte Carlo simulation was developed. Finally, the mean and standard deviation of the frequencies of the realistic AFCLT flooring system were predicted by the MSP.
Cette thèse présente une étude expérimentale et numérique sur les aptitudes en service en ce qui concerne le comportement vibratoire de planchers réalisés en bois d’ingénierie sans colle (AFEWP), à savoir les poutres en bois lamellé sans adhésif (AFLB) et les panneaux en bois lamellé-croisé sans adhésif (AFCLT), assemblés par des tourillons en bois densifié (CWD). Les analyses modales expérimentales ont été réalisées en conditions libres-libre à l'aide d'un marteau instrumenté. Les fréquences naturelles, les modes propres et les coefficients d'amortissement ont été évalués expérimentalement. De plus, des poutres en bois lamellé-collé similaires ont été fabriquées et testées à des fins de comparaison. Un modèle EF 3D a été développé et validé par comparaison avec des données expérimentales, puis utilisé pour prédire le comportement vibratoire d'un système de plancher à grande échelle réalisé avec un panneau AFCLT mesurant 4,5 m x 5,5 m. Une étude paramétrique a été réalisée en utilisant le modèle EF pour identifier les paramètres qui influent sur la rigidité et les fréquences propres du plancher. Les résultats obtenus ont été analysés au regard des critères de conception exigés par Eurocode 5 en ce qui concerne le confort vibratoire des planchers bois. Un modèle EF simplifié a ensuite été développé pour réduire les coûts de calcul. Le niveau de variabilité des résultats des AFEWP a été également étudié et discuté. La variabilité numérique des fréquences des AFEWP a été étudiée en utilisant la méthode MSP (Modal Stability Procedure). Les résultats de la méthode MSP ont d'abord été comparés aux résultats EF dans le cas nominal. Les résultats statistiques (valeur moyenne, écart type, coefficient de variation et distribution) obtenus par la méthode MSP ont été confrontés aux résultats de simulation directe de Monte Carlo ainsi qu’aux données expérimentales. Une estimation rapide des erreurs entre la méthode MSP et la simulation directe de Monte Carlo a été développée. Enfin, la variabilité (moyenne et écart-type des fréquences) du comportement vibratoire du système de plancher à grande échelle a été étudiée en utilisant la méthode MSP.
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tel-03184623 , version 1 (13-01-2022)

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  • HAL Id : tel-03184623 , version 1

Cite

Tuan Anh Bui. Experimental and numerical uncertain vibration analysis of multilayered timber structures assembled using compressed wood dowels. Mechanics of materials [physics.class-ph]. Université de Lorraine, 2020. English. ⟨NNT : 2020LORR0202⟩. ⟨tel-03184623⟩
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