Excitation forcee et controle actif pour la mesure des forces fluide-elastiques

• Auteur / Autrice : SEBASTIEN CAILLAUD
• Direction : Emmanuel de Langre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

L'action d'un fluide en ecoulement sur un faisceau de tubes est communement decomposee en une excitation aleatoire turbulente et une excitation fluide-elastique. Les forces fluide-elastiques, qui sont couplees au mouvement des tubes, peuvent etre determinees experimentalement a partir d'une analyse de la reponse vibratoire de la structure excitee par les forces turbulentes. Pour de faibles vitesses d'ecoulement, l'excitation turbulente peut etre insuffisante pour faire vibrer significativement le tube et pour autoriser une analyse vibratoire correcte. A l'inverse, la structure peut devenir instable pour de fortes vitesses d'ecoulement : les forces fluide-elastiques font chuter l'amortissement du systeme fluide-structure vers zero. Deux methodes experimentales sont proposees ici afin d'etendre la plage de vitesses d'ecoulement exploree. Une force d'excitation additionnelle permet d'augmenter le niveau vibratoire d'un tube pour ameliorer le rapport signal sur bruit a basses vitesses. Lorsque le tube est soumis au phenomene d'instabilite fluide-elastique, un apport artificiel d'amortissement par controle actif permet de le stabiliser. Les methodes sont mises en uvre sur un tube flexible insere dans un faisceau de tubes rigides en ecoulements transverses en eau et en eau-air. Deux technologies d'actionneurs sont utilisees : un excitateur electromagnetique et des actionneurs piezo-electriques. La methode par excitation additionnelle permet de montrer que les forces fluide-elastiques restent negligeables a faibles vitesses en ecoulement monophasique. La methode par controle actif permet de realiser des essais au-dela de l'instabilite fluide-elastique. En diphasique, un phenomene de stabilisation de la structure est alors observe pour les faibles taux de vide. Les nouveaux resultats sont analyses par rapport aux resultats de la litterature en termes de couplage fluide-elastique et d'excitation turbulente.