Assemblage

Le montage expérimental, illustré à la Figure 3.1, comprend d’abord un tube vertical muni de raccords à chacune de ses extrémités. Les raccords du tube sont fixés à une poutre en I à l’aide d’un support de soutien du haut et d’un support de soutien du bas. L’assemblage de la coulisse de déplacement de l’AVB est également vissé à la poutre en I, qui est fixée à une colonne en béton de la structure de l’immeuble. Des électroaimants sont utilisés pour simuler les vibrations induites par l’écoulement du fluide dans un générateur de vapeur. Le montage expérimental est également instrumenté de capteurs laser qui mesurent la position horizontale du milieu du tube et de capteurs de force piézoélectriques qui mesurent la force de contact entre le tube et l’AVB.

3.1.1 Tube

Le matériau choisi pour la composition du tube ainsi que ses caractéristiques géométriques sont ceux d’un véritable tube de générateur de vapeur. Les propriétés mécaniques et la géométrie du tube en Inconel sont présentées au Tableau 3.1.

Tableau 3.1- Propriétés du tube en Inconel.

Propriété Symbole Quantité Unité

Module d’Young E 210 GPa

Masse volumique  8470 kg/m3

Longueur L 2,5 m

Diamètre externe D 15,9 mm

Diamètre interne d 13,97 mm

Aire de section A 4,53 E-5 m2

Second moment de surface I 1,27E-9 m4

À chaque extrémité du tube est fixé un raccord en acier inoxydable qui tente de simuler les mêmes conditions aux frontières qu’un tube simplement supporté par des appuis simples. Une modélisation des raccords sur ABAQUS a d’ailleurs permis de vérifier que les premières fréquences naturelles et que les déformées modales du tube sont conformes aux conditions d’appuis simples [2]. Tel que vu à la Figure 3.2, les raccords sont conçus en forme d’os afin de permettre le mouvement du tube et de supporter la majeure partie de la flexion et de la torsion.

D’une part, le raccord du bas de la Figure 3.2a) possède un cou circulaire. Le rayon de courbure, le diamètre et la longueur du cou sont usinés de sorte à obtenir des fréquences naturelles proches de celles d’un tube simplement supporté. Une de ses extrémités est collée à l’intérieur du tube à l’aide de LOCTITE 680 tandis que l’autre extrémité est insérée dans le support de soutien du bas. Un trou est fileté pour y suspendre des masses afin d’ajuster les fréquences naturelles du tube en appliquant une tension sur celui-ci.

D’autre part, le raccord du haut vu à la Figure 3.2b) a un cou de section carrée qui permet de découpler le mouvement du tube selon les deux principales directions, soit en Y et en Z. Une extrémité du raccord est collée à l’intérieur du tube alors que l’autre est serrée dans le support du haut. La section qui vient s’insérer dans le support possède une surface aplanie qui empêche la rotation du tube à l’intérieur des supports et garanti une position invariable à chaque assemblage du banc d’essais.

3.1.2 Supports de soutien

Chacun des raccords du tube s’insère entre un support et un adaptateur en aluminium. Le tube est retenu à l’aide de quatre vis qui viennent serrer l’extrémité des raccords entre les deux pièces. Les supports de soutien du bas et du haut sont présentés à la Figure 3.3.

Comme vu à la Figure 3.3a), le raccord du bas est serré entre les surfaces du support et de l’adaptateur du bas. Si le serrage n’est pas assez élevé, la rotation du raccord autour de son axe peut être suscitée à l’intérieur du support de soutien. Le déplacement du tube et les forces de contact mesurées seraient alors biaisées. Il est donc important de s’assurer que le serrage soit suffisant afin d’empêcher que le tube puisse tourner sur lui-même. Le support de soutien du haut, présenté à la Figure 3.3b) empêche cependant la rotation du raccord du haut grâce à l’appui des surfaces planes.

3.1.3 Coulisse de déplacement de la barre AVB

La coulisse de déplacement permet de faire varier la position relative de la barre AVB par rapport au tube. L’assemblage de la coulisse de déplacement est montré à la Figure 3.4.

Figure 3.4- Assemblage de la coulisse de déplacement de la barre AVB.

La barre AVB est montée sur une équerre à 90o qui peut être déplacée à l’aide d’une vis micrométrique avec une précision de 1µm. Différents jeux, négatifs ou positifs, peuvent ainsi être fixés en effectuant d’abord une mise à zéro de la position de l’AVB par rapport au tube. La mise à zéro est réalisée en déplaçant manuellement la coulisse jusqu’à ce qu’il y ait un premier contact entre le tube et l’AVB. Un jeu de -100µm correspond à une pré-charge de 0,149N. Le support à AVB a la possibilité de recevoir une deuxième AVB, opposée à celle vue à la Figure 3.4. Cependant, une seule AVB a été utilisée lors des essais expérimentaux.

Tout comme le tube, le matériau et les caractéristiques géométriques de l’AVB sont les mêmes que les barres AVB présentes dans les générateurs de vapeur. Les propriétés mécaniques et les caractéristiques géométriques de la barre AVB en acier inoxydable 410SS sont présentées au Tableau 3.2.

Tableau 3.2- Propriétés de l’AVB en 410SS.

Propriété Symbole Quantité Unité

Module d’Young E 201 GPa

Masse volumique  7344,3 kg/m3

Longueur L 56 mm

Largeur l 25,3 mm

Épaisseur t 3,7 mm