82 CHAPITRE 4. ANALYSE DES PHÉNOMÈNES NON-LINÉAIRESLa relation définissant l'amplitude est alors obtenue à partir des équations qui précèdenta.\2 3au-3-----a 2")2Ja =w0{2+(8w0/et la solution de l'équation (4.1) est alors de la forme suivantew(4.19)u = acos(32t - y) + f(w2 - 122)_1 cos(llt) + O(). (4.20)On peut de même, mettre en évidence la présence de saut dans le cas de surharmonique.4.2.5 SousharmoniqueL'apparition de sousharmonique se montre de manière analogue. On pose alors pour lesétudier, 12 = 3w0 + o- et F f. Le système alors obtenu pour les paramètres a et 'y de lasolution sonta3cA= a sin(-y) 24w09cA2 9ci 9aA 2(u - - )a - a = a cos('y).w0 8w0 4w0(4.21)La réponse du système s'exprime alors sous la formeu = acos((12t - y)) + f(w - 122)_1 cos(12t) + O().(4.22)L'équation fournissant l'amplitude en fonction des paramètres du système pour une fréquenced'excitation donnée est cette fois[92 + (u,2 22_a2)Ja2iw a2. (4.23)Celle-ci possède la solution triviale a = O et les autres solutions sont déterminées en résolvantl'équation bicarréePour p > 0 et p2q, avec9\2 9û 2 81a2A2 29ii2+(u a) a.w0 8w0 16w(4.24)p=8w0u A2 64w0It9&q = 81a(92 + (u9aA2 )2)w0la solution esta2 p p2 q.Dans les autres situations, seule la solution a = O existe. On a alors une condition qui régitl'apparition du sousharmonique, fait nouveau par rapport au cas du surharminique. On montrequ'il n'y a qu'un seul point singulier stable correspondant aux solutions de (4.21) différent de lasolution a = 0. On a donc pas le phénomène de saut que l'on observe sur un surharmonique.
4.2. PHÉNOMÈNES NON-LINÉAIRES 834.2.6 Résonance interneLes phénomènes <strong>non</strong>-<strong>linéaire</strong>s cités précédement apparaissent également pour des systèmes àplusieurs degrés de libertés, mais il en existent d'autres, qui concernent exclusivement ces dernierscomme le phénomène de résonance interne. Les conditions d'occurance des résonances internessont réunies lorsque la partie <strong>linéaire</strong> du système possède des pulsations propres wi, w2,... , w,commensurables, c'est à dire vérifiant une relation du typePlwI +J12W2 + .. . +PnWn 0, (4.25)où les p sont des entiers relatifs. On pourra avoir par exempleW2 2wi, W2 3w1, W3 2W2 W, W4 W3 F w2En fonction du type de la <strong>non</strong>-linéarité (quadratique, cubique, ...), ces relations de cornmensurabilité,peuvent occasionner un couplage fort des modes qui correspond au phénomènede résonance interne. Pour un système oscillant librement en condition de résonance interne,l'énergie qui peut être confinée sur un mode à un instant initial, s'échangera ensuite continûmententre les modes commensurables entre eux.Pour un système en excitation harmonique forcée de pulsation 1, il peut exister des résonancesdites en combinaison en fonction de l'ordre de la <strong>non</strong>-linéarité. Pour une <strong>non</strong>-linéarité cubique,les résonances en combinaison concernant 2 ou 3 modes se traduiront par exemple par:w wm wj, 2w wm , Il (w wm).Le phénomène de résonance interne est associé au phénomène de saturation : dans ce cas,on peut montrer par une analyse à l'aide d'une méthode de perturbations, que lorsqu'un modeest excité par une force, et que le niveau de cette force est progressivement augmenté jusqu'àune certaine valeur critique, il se produit une instabilité (bifurcation de Hopf). Un autre modeest alors excité et l'énergie du premier arrive à saturation.Ce phénomène à été étudié en détail analytiquement, et <strong>expérimentale</strong>ment pour la premièrefois par Haddow, Barr et Mook [20] pour un système à deux degrés de liberté et possédant une<strong>non</strong>-linéarité quadratique. Lors de cette expérience, le système est excité sur son deuxième mode(à 16 Hertz), et pour des niveaux relativement faibles, la réponse est dominée par ce mode dontl'amplitude <strong>modale</strong> est proportionnelle à la force : on alors un comportement <strong>linéaire</strong>. Si leniveau de force est supérieur à la valeur critique, et que le système est initialement au repos, laréponse reste d'abord dominée par le mode excité, mais progressivement, l'amplitude du premiermode (à 8 Hz) augmente au cours du temps alors que celle du mode à 16 Hz décroît jusqu'àune amplitude de saturation. La réponse est alors une combinaison des deux modes et peut êtrefortement dominée par le mode <strong>non</strong>-excité directement (Figure 4.2).