Instabilités aéroélastiques d’une surface souple impactée par des jets d’air

Aeroelastic instabilities of a flexible surface impacted by impinging air jets

• Auteur / Autrice : Antoine Tatin
• Direction : Pascal Hémon, Sophie Ramananarivo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 05/03/2025
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Hydrodynamique de l'École polytechnique (Palaiseau ; 1990-....) - Laboratoire d'hydrodynamique / LadHyX
• Jury : Président / Présidente : Xavier Amandolese
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Hémon, Sophie Ramananarivo, Romain Lagrange, Antoine Dazin, Olivier Doaré, Ramiro Godoy Diana, Yannick Mourlot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Romain Lagrange, Antoine Dazin
• DOI : 10.70675/14921a06ze939z40b3zba06z118ad7894e2a

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéroélasticité

Interaction fluide-structure

Acier -- Traitement thermique

Essais dynamiques

Mots clés libres

Aéroélasticité

Interaction fluide-Structure

Acier -- Traitement thermique

Essais dynamiques

Aeroelasticity

Instabilities

Experimental

Fluid-Structure interactions

Industrial Problematic

Résumé

Lors de la production de fines feuilles d’acier, le refroidissement par jets d’air impactant la surface métallique provoque fréquemment des instabilités de flottement ou des divergences soudaines de la bande sur la ligne de production. Ces instabilités se manifestent par des oscillations suivant l’un des modes propres de la bande ou par un déplacement brusque hors de sa position d’équilibre, et altèrent l’efficacité durefroidissement et réduisent la productivité de la ligne.Dans ce contexte, l’apparition du flottement est étudiée afin de mieux comprendre ces instabilités et de les atténuer. Un modèle réduit, constitué d’une plaque rigide à un degré de liberté en translation, représentant un mode de flexion de la bande, est soumis à l’impact d’un jet d’air. La raideur et l’amortissement induits par le jet sont évalués en fonction des caractéristiques du jet et de la géométrie de la buse. Un banc d’essai instrumenté a ensuite été développé à l’échelle du laboratoire pour simuler de manière plus réaliste la dynamique des bandes souples. Il est composé d’une bande flexible en acier et de deux batteries de jets, permettant de reproduire les instabilités observées en conditions industrielles. Le comportement instable de la bande et l’influence des jets ont été caractérisés expérimentalement. En parallèle, un modèle analytique adimensionnel a été élaboré pour décrire les forces d’impact générées par les jets.

In the production of thin steel sheets, cooling by air jets impinging on the metal surface frequently causes flutter instabilities or sudden divergences of the strip on the production line. These instabilities manifest themselves as oscillations in one of the strip's natural modes, or as sudden displacement from its equilibrium position, and impair cooling efficiency and reduce line productivity.In this context, the occurrence of flutter is studied in order to better understand these instabilities and try to mitigate them. A reduced model, consisting of a rigid plate with one degree of freedom in translation, representing a bending mode of the web, is subjected to the impact of an air jet. The stiffness and damping induced by the jet are evaluated as a function of jet characteristics and nozzle geometry. A laboratory-scale instrumented test bench was then developed to simulate the dynamics of flexible strips more realistically. It consists of a flexible steel plate and two jet arrays, enabling the instabilities observed under industrial conditions to be reproduced. The unstable behavior of the strip and the influence of the jets were characterized experimentally. In parallel, a dimensionless analytical model was developed to describe the impact forces generated by the jets.