Contribution au transport de poudre par actionnement piézoélectrique ultrasonique

Contribution to powder transportation with ultrasonic piezoelectric actuators

• Auteur / Autrice : Răzvan Chitic
• Direction : Betty Lemaire-Semail, Frédéric Giraud, Richard Béarée
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 08/07/2013
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Vibrations

Transducteurs ultrasonores

Analyse modale (ingénierie)

Transducteurs piézoélectriques

Transport

Poudres

Mots clés libres

Ondes progressives

Frottement contrôlé

Résumé

Les systèmes industriels de transport de poudre sont, en général, des systèmes mécaniques bruyants, énergivores, mais surtout coûteux en maintenance. L’objectif de cette thèse consiste à investiguer des solutions alternatives exploitant des vibrations ultrasonores, moins contraignantes pour la structure et ses jonctions. Dans une première partie, une méthode de transport, baptisée « frottement contrôlé », exploite un actionnement piézo-électrique afin de moduler le coefficient de frottement équivalent entre la poudre et son guide de transport en mouvement. La mise en œuvre expérimentale de cette méthode démontre son potentiel et vient également corroborer une proposition de modèle analytique simplifié pour ce mode de transport. Dans une seconde partie, des solutions exploitant uniquement des vibrations ultrasonores sont étudiées. Ces solutions se basent sur la génération et le contrôle d’une onde progressive acoustique dans un élément de type poutre ou tube. Des modèles analytiques et éléments finis de ces différentes solutions de transport sont exploitées afin de mieux appréhender les phénomènes physiques influençant le transport, mais aussi afin d’optimiser le dimensionnement de la structure en minimisant le taux d’onde stationnaire. En se basant sur les considérations et préconisations précédentes, des bancs de tests spécifiques à chacune des solutions envisagées sont développés. Les différentes campagnes d’essais réalisées permettent finalement de mener une analyse comparative de la qualité des solutions de transport de poudre par onde ultrasonique.

Industrial powder transportation systems use conveyor belts or vibratory conveyors which are often noisy mechanical systems, requiring a massive energy consumption and costly maintenance due to their moving parts. The objective of this thesis is to investigate alternative solutions using ultrasonic vibrations, less restrictive for the structure and its junctions. In the first part, a method of transportation, called "friction control," operates a piezoelectric actuator to modulate the equivalent friction coefficient between the powder and the guide in movement. The experimental implementation of this method shows its potential. We propose also a simplified analytical model for this mode of transport. In the second part, only solutions using ultrasonic vibrations are studied. These solutions are based on the generation and control of an acoustic wave into a beam-like member or tube. Analytical and finite element models of the different transport solutions are used to better understand the physical phenomena affecting transport, but also to optimize the design of the structure by minimizing the standing wave ratio. Based on the above considerations, multiple specific tests bench for each of the proposed solutions are developed. Finally, the various tests carried out, allow to conduct a comparative analysis of the quality of the powder transport solutions by ultrasonic wave.