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Article

1 - UNE COMPOSITION STRUCTURALE INNOVANTE

  • 1.1 - Définitions et commentaires
  • 1.2 - Couplage morphologico-mécanique
  • 1.3 - Évolutions morphologiques
  • 1.4 - Domaines d’application

2 - NOUVELLES CONFIGURATIONS

  • 2.1 - Grilles « souples »
  • 2.2 - Anneaux et « corde creuse »
  • 2.3 - Grille plane à double nappe pliable
  • 2.4 - Arche de tenségrité

3 - CONTRÔLE ET ADAPTABILITÉ

  • 3.1 - Contrôle dynamique d’une grille de tenségrité
  • 3.2 - Passerelle piétonne

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : C2471 v1

Conclusion
Systèmes réticulés spatiaux en état de tenségrité - Développements récents

Auteur(s) : René MOTRO

Date de publication : 10 août 2015

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RÉSUMÉ

Les systèmes réticulés spatiaux en état d'autocontrainte ont une composition structurale caractérisée par l’autocontrainte, des états de sollicitation simples de ses composants, une discontinuité des composants comprimés et un couplage morphologico-mécanique important. Cet article décrit les plus récents développements: nouvelles morphologies pour les cellules, nouvelles réalisations et configurations (grilles souples, arche de tenségrité, cellule pliable/dépliable, anneau de tenségrité). L'aptitude des systèmes au contrôle actif est illustrée par deux études: la première concerne la modification des réponses vibratoires d'une grille spatiale plane à double nappe, la seconde s'inscrit dans le contexte de la conception d'une passerelle piétonnière pliable/dépliable, résultat d'un assemblage d'anneaux de tenségrité.

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ABSTRACT

Reticulated spatial systems in tensegrity state. Recent developments

Self-stressed reticulate space systems have an innovative structural composition, characterized by self-stress, pure solicitation of its components, a discontinuity of the compressed components and strong morphologico-mechanical coupling. This paper is devoted to some of the most recent developments: new morphologies for cells, presentation of recent achievements, new configurations (flexible grids, arch of tensegrity, foldable cells - tensegrity ring). The ability of active control over these systems is illustrated by two recent studies. The first one concerns the modification of vibrational characteristics of a spatial double layer grid. The second is viewed in the context of the design of a foldable pedestrian bridge, the result of an assembly of tensegrity rings and subjected to active control.

Auteur(s)

  • René MOTRO : Professeur Émérite, Président de l’International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) - Laboratoire de Mécanique et Génie Civil, UMR CNRS 5508, université de Montpellier (France)

INTRODUCTION

Les systèmes réticulés spatiaux en état de tenségrité appartiennent à la classe des structures légères. Leur composition structurale est associée à un état d’autocontrainte qui nécessite une recherche de forme compatible avec sa réalisation. Elles représentent une généralisation de la « précontrainte » à des structures spatiales. Elles sont caractérisées par un couplage fort entre morphologie et mécanique.

Dans le domaine de la construction, en raison d’une apparente complexité, les applications de ce type de systèmes ne sont pas apparues naturellement aux concepteurs, mais quelques réalisations attestent de leur faisabilité. Elles trouvent leur pertinence dans des applications quelquefois inattendues, comme dans le domaine médical, mais aussi dans celui des systèmes contrôlables. Leur aptitude aux modifications géométriques sans retrait de composants, et à leur déploiement rigidifié sans ajout de composants, est un facteur décisif de progrès dans le domaine des structures pliables dépliables : elles représentent une solution innovante par rapport aux autres modes existants.

Pour répondre aux enjeux associés à leur spécificité, plusieurs développements ont été nécessaires. Ainsi, de nouvelles configurations morphologiques ont été proposées. Il s’agit en particulier de cellules aux géométries irrégulières comportant un nombre élevé de composants : elles se révèlent utiles pour la modélisation du cytosquelette de cellules endothéliales. La définition d’un anneau de tenségrité et l’étude de sa pliabilité sont à l’origine de propositions de passerelles piétonnes déployables ; le principe même de l’assemblage d’anneaux ne se réduit pas à des systèmes horizontaux, et des tours verticales, voire inclinées, peuvent être construites avec des anneaux de tenségrité. D’autres projets sont en cours d’étude pour des morphologies globales à deux et trois dimensions.

L’existence de l’autocontrainte, la possibilité de mise en place de capteurs et d’actuateurs autorisent le contrôle des systèmes de tenségrité, soit pour commander leur déploiement, soit pour modifier leurs caractéristiques mécaniques de façon à répondre à des impératifs fréquentiels. Ces progrès sont possibles en raison d’un développement simultané de logiciels de commande. Ces qualités sont désormais exploitées pleinement dans la conception de robots utilisés, tant pour la conquête spatiale, que pour des emplois terrestres. La conception des systèmes réticulés spatiaux est désormais facilitée par des modèles numériques intégrant le couplage entre morphologie et mécanique, modèles basés sur des procédures telles que la relaxation dynamique : le concepteur peut littéralement modeler en interaction son projet et, par exemple, modifier les courbures d’une arche tout en respectant la possibilité d’existence d’états d’autocontrainte.

En raison de leurs caractéristiques, les systèmes réticulés spatiaux en état de tenségrité ouvrent la voie de systèmes constructifs contrôlables à morphologie évolutive. Ils préfigurent peut-être le génie civil de l’Espace.

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KEYWORDS

architecture   |   structures and properties

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-c2471


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4. Conclusion

Les systèmes de tenségrité sont caractérisés par une composition structurale spécifique dont on peut dire qu’elle a dérouté beaucoup de concepteurs. Après une phase de compréhension de leur comportement mécanique, ces systèmes font maintenant l’objet de nombreuses publications et de quelques projets qui permettent de définir les contours de leur champ de pertinence structurale. Le périmètre de ce champ est lié à l’autocontrainte, aux capacités de modifications morphologiques, à l’aptitude au contrôle actif. Les derniers développements présentés dans cet article rendent compte de nouvelles configurations qui élargissent le champ morphologique, de projets réalisés, de modes de conception avec des logiciels dédiés. L’accent est mis sur les possibilités de contrôle des systèmes de tenségrité en prenant exemple sur un projet de passerelle piétonnière.

Les ingénieurs ont à prendre en considération des systèmes qui généralisent un concept familier, celui de la précontrainte, largement illustré dans ses applications au béton et à l’échelle de la redistribution des contraintes. Ce concept s’élargit et devient celui de l’autocontrainte, qui correspond à un auto-équilibre dans un espace tridimensionnel. Il est désormais ouvert à d’autres matériaux. L’autocontrainte concerne les systèmes à l’échelle de leurs composants soumis à des sollicitations simples utilisant le matériau dans son intégralité.

Les ingénieurs ont aussi à saisir l’occasion de travailler sur des systèmes actifs et non plus passifs, et de faire évoluer leurs caractéristiques, tant morphologiques, que mécaniques en fonction de l’évolution du contexte.

Le caractère « vivant » des systèmes de tenségrité est indéniable et les applications en nombre croissant dans le domaine de la robotique en sont la marque.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SNELSON (K.) -   Continuous tension, Discontinuous Compression Structures.  -  U.S. Patent n° 3 169 611 (16 février 1965).

  • (2) - SKELTON (R.E.), OLIVEIRA (M.C. de) -   Tensegrity Systems.  -  Springer (2009).

  • (3) - MOTRO (R.) -   Tenségrité.  -  Lavoisier, 336 pages. ISBN 2-7462-1208-0, chapitre 4 (2005).

  • (4) - LINKWITZ (K.), SHECK (H.J.) -   Einige Bemerkungen von vorgespannten Seilnetzkonstruktionen.  -  Ingenieur-Archiv 40, Springer-Verlag, p. 145-158 (1971).

  • (5) - BARNES (M.R.) -   Applications of dynamic relaxation to the design and analysis of cable, membrane and pneumatic structures.  -  2nd International Conference. on Space Structures, Guildford (1975).

  • (6) - AVERSENG (J.) -   ToyGL.  -  http://transfert.lmgc.univ-montp2.fr/~averseng/JA/ToyGL.html.

  • ...

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