Interaction fluide-structure dans les conduites souples : aspects fondamentaux et applications industrielles

par GILLES FAVIERE

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jérôme Renard.

Soutenue en 1996

à Orléans .

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  • Résumé

    Dans ce travail est analyse le couplage fluide-structure pour le cas de l'ecoulement pulse d'un liquide confine dans un tube souple. La premiere etude qui est proposee s'apparente a celle de la propagation unidirectionnelle d'ondes harmoniques dans un milieu semi-infini. Cette etude est realisee analytiquement en prenant les hypotheses d'un fluide parfait, puis visqueux, et d'une coque consideree en flexion, decrite par la theorie classique, puis par la theorie de mindlin-reissner. Ces theories, appliquees dans un cadre lineaire, ont ete validees par l'experience grace a l'utilisation de longs tubes minces possedant un fort caractere amortissant. Les phenomenes de dispersion et de dissipation observes ont permis d'obtenir, grace a la modelisation, les caracteristiques rheologiques du materiau. La propagation d'ondes unidirectionnelles n'est, en theorie, rigoureusement possible que dans un milieu illimite. Des lors que l'espace est de dimension finie, l'onde harmonique se reflechit aux deux extremites et produit des ondes stationnaires. L'objectif est alors de calculer l'impedance mecanique complexe du systeme couple en prenant les hypotheses d'un tube rectiligne souple a comportement viscoelastique, empli d'un fluide visqueux et compressible. Cette impedance, permettant de decrire le comportement dynamique de l'ensemble, est calculee pour des conditions limites quelconques. Celles-ci peuvent porter sur les deplacements du tube ou du fluide, sur les efforts a la paroi et sur le champ de pression en entree et en sortie. Une premiere phase de validation a montre la correspondance avec l'etude d'ondes progressives realisee par la theorie de womersley, en tube rigide, et par le modele elabore, en tube elastique. Une phase experimentale, appliquee a des tubes courts emplis d'eau, a mis en evidence la correlation entre l'experience et la prediction numerique. Le calcul numerique, effectue sans aucun recalage de parametres, a utilise les grandeurs rheologiques des tubes determinees par la premiere experience en ondes progressives. Ainsi, le modele elabore a permis d'obtenir une description realiste du phenomene de couplage fluide-stucture, pour tout confinement axisymetrique a comportement lineaire, et pour un fluide visqueux compressible.


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  • Détails : 216 P.
  • Annexes : 37 REF.

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