3. On pose X = x – xeq. Montrer que l’équation différentielle vérifiée par X peut se mettre sous la
forme suivante :
On précisera les expressions et significations de ω0 et
.
4. Dans le régime libre, le système est mis en vibration uniquement par des conditions initiales
non nulles X(0) = X0 ≠ 0 et
. Déterminer la solution complète X(t) dans le cas d’un
régime transitoire pseudo-périodique. en fonction de ω0,
, X0, V0 et t.
5. Dans certains cas, le vent peut induire sur le système une force proportionnelle au vecteur
vitesse que l’on écrit
, avec β > 0. Quelle peut être la conséquence de ce
phénomène ?
Régime forcé
Différents cas peuvent être examinés pour l’excitation (ou forçage) F(t) de l’oscillateur étudié
précédemment. Nous nous placerons dans l’optique d’une passerelle piétonne.
L’action de la marche d’un piéton est caractérisée par un contact continu sur la surface du sol
puisque le second pied touche le sol avant que le premier ne le quitte. La force engendrée comprend
une composante verticale et une composante horizontale non prise en compte dans cette partie.
Dans le cadre d’un modèle simplifié, nous représenterons cette force verticale, appelée charge, par un
vecteur périodique
ftcosFFtF
2
10
.
Le vecteur
correspond à la force statique, c’est-à-dire au poids du piéton, la fréquence f correspond
à celle d’une marche normale. Nous considérerons que
.Ces deux vecteurs seront supposés
constants et orientés comme
.
On note
le module de la force statique, Y = X + F0/mω02 la réponse en déplacement de
l’oscillateur et Y =Ym e jωt sa représentation complexe.
On admettra que la réponse en déplacement de l’oscillateur Y vérifie l’équation suivante :
)2cos(2 1
2
00 ft
m
F
YYY
6. Donner une interprétation de la grandeur Y. Quelle est l’équation différentielle vérifiée par la
grandeur complexe Y ?
7. On pose
avec = 2f, et on définit la fonction de transfert
.
Déterminer l’expression de H en fonction de , 0 et .
8. Exprimer le gain en amplitude G = |H|. Expliquer ce qu’est le phénomène de résonance en
amplitude (par analogie avec le phénomène de résonance étudié en électrocinétique). Montrer
que si 2 << 1, alors la pulsation à la résonance, notée r, peut être confondue avec 0.
On donne dans les documents suivants :
Figure 2 : évolution de la charge provoquée par la marche d’un piéton en fonction du
temps.
Figure 3 : l’évolution du gain en amplitude de la fonction de transfert étudiée
précédemment et représentant le comportement du Millenium Bridge. On ne s’intéressera
qu’à la courbe 1 sans amortisseur harmonique.