Vibrations de structures couplées à des liquides internes avec surface libre

Ces recherches sont effectuées en collaboration avec le département aéroélasticité et dynamique des structures DADS de l’ONERA (J.S. Schotté, G. Morchelewicz).

  1. Prévision des réponses dynamiques
    1. Prise en compte des mouvements des liquides dans les réservoirs d’aile d’avion et quantification de leur influence sur le comportement aéroélastique (collaboration LMSSC-ONERA/DADS - Stanford University (C. Farhat et son équipe)). Comparaison des diverses modélisations. Dans ces analyses, les effets de gravité et de compressibilité sont négligés).
      Position des réservoirs d’ailes d’avion et déformée du liquide dans un des réservoirs
      Modèle d’aile AGARD avec réservoir sous voilure
       
    2. Prise en compte des effets de tension superficielle pour les réservoirs de satellites géostationnaires en microgravité et effets d’amortissement dans les liquides sur la tenue des réservoirs. Dans ces analyses, les effets de gravité et de tension superficielle sont pris en compte, la compressibilité des liquides étant négligée (thèse de M. El-Kamali, cf fig. 3, 4, 5 suivie par la thèse de T. Miras prenant en compte divers effets d’amortissement, fig. 6, 7, tableau 1, dans le cadre d’une collaboration LMSSC-ONERA – Thales Alenia Space). Les effets de non linéarité liées aux précontraintes induisant des déformations initiales dans la structure – réservoirs très souples - font partie des recherches en cours.

      Position d’équilibre statique du liquide en microgravité

      Exemple de mode de ballottement avec capillarité

      Réservoir cylindrique de Miles (hauteur d’eau = 3.8 cm, rayon = 2.776 cm)

      Contributions à l’amortissement du liquide : dissipation visqueuse à la paroi (en bleu) et dans le liquide (en rouge)

      Estimation du coefficient d’amortissement modal (comparaison avec des résultats analytiques)
    3. Prise en compte, pour des liquides cryogéniques, des effets de compressibilité et de gravité (collaboration LMSSC-ONERA ; LMSSC – University of Boulder, Colorado (K.C. Park, C.A. Felippa) – KAIST, Corée du Sud (In Lee) – Université de Séville (J. Gonzalez). La problématique est nouvelle et difficile car très peu de choses ont été faites dans la littérature sur ces nouveaux phénomènes.
  2. Modèles d’ordre réduits
    1. Pour les liquides internes, il est nécessaire de quantifier les interactions – fortes ou faibles - de trois situations physiques en général découplées, à savoir les modes de ballottement en cavité rigide fixe, liées à la présence de la gravité avec liquide incompressible; les modes hydroélastiques en l’absence des effets de compressibilité et de gravité ; les modes acoustiques en cavite rigide avec surface libre mais sans effets de gravité. La quantification de leurs interactions s’effectue à l’aide de méthodes de sous-structurations dynamiques étendues et adaptées aux interactions fluides-structures. Pour la partie hydroélasticité sans effets de gravité et de compressibilité, des recherches spécifiques sur la simulation numérique de matrices d’impédance dynamique pour le liquide interne aux réservoirs dans les ailes d’avion est en cours (collaboration LMSSC – ONERA – AIRBUS (J.S. Schotté)).
    2. Pour le fluide externe, les analyses sont effectuées par des approches de type POD. Ces recherches s’effectuent dans le cadre de collaborations LMSSC-ONERA (Duc Minh Tran) pour des structures tournantes de type turbomachines, thèse de A. Placzek suivie par la thèse en cours de F. Lülf afin de tenir compte de non linéarités dans la structure ; de collaborations LMSSC-ONERA (G. Mortchelewicz) – AIRBUS, pour des voilures non tournantes, dans le cadre de la thèse Cifre, en co-tutelle avec La Sapienza à Rome, de F. Vetrano.
    3. Afin de valider les modèles précédents, il faut bien sûr développer des modèles raffinés dans une approche de type simulation numérique directe, comme cela fait l’objet des études spécifiques décrites précédemment en A-1. C’est ainsi que dans le cas de structures tournantes de type hélicoptères, dans le cadre d’une collaboration LMSSC-ONERA (D. Petot), la thèse de B. Ortun a permis de tenir compte des interactions pales/fuselage dans le couplage fluide-structure en vue des études aéroélastiques ultérieures. En parallèle, signalons les études d’instabilité sur des problématiques spécifiques d’oscillations de plaques effectuées dans la thèse de Nyirumulinga (contrat Cifre avec Stein, en liaison l’IAT du CNAM).
  3. Réduction des vibrations par systèmes adaptatifs intelligents(matériaux piézoélectriques)
    1. Il s’agissait de quantifier numériquement et expérimentalement l’atténuation des vibrations de structures couplées avec un liquide interne avec surface libre en utilisant des patchs piézoélectriques. Cette étude s’est effectuée dans le cadre d’une collaboration LMSSC – ONERA (P.M. Hutin) – Université de Parme/Italie (M. Amabili et S. Carra) et fait suite à la thèse en co-tutelle de S. Carra.


Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés - LMSSC