Dans un premier temps, les recherches ont été orientées vers l'établissement d'une méthode pour reproduire les efforts fluides-élastiques. Après avoir transposé l'évolution modale du système couplé en plan complexe, une technique de placement de pôle consistant à balayer la zone des pôles
est présentée. Deux contrôleurs sont conçus pour agir en temps réel sur la fréquence (à travers la masse ajoutée) et le taux d'amortissement du premier mode en fonction du comportement instantané de la structure. Cette technique de balayage des pôles a permis de reproduire les efforts et les instabilités fluides-élastiques. Des analyses de robustesse ont montré la stabilité des contrôleurs mis en place ainsi que de très bon résultats sur le suivi dynamique des pôles.
Les travaux de thèse ont également traité le cas complexe combinant les forces fluides- élastiques à une raideur non-linéaire localisée à jeu de type choc. La difficulté dans ce cas de figure réside dans la gestion des paramètres modaux du couplage fluide-élastique déterminés linéairement, dans un cas non-linéaire à choc dont la fréquence de vibration varie dans le temps. Cette difficulté a été contournée en introduisant une nouvelle méthode d'estimation de la fréquence instantanée de vibrations. Cette nouvelle méthode régularise le problème et permet d'actualiser continuellement, à travers la vitesse réduite, les efforts fluides-élastiques sur le système non-linéaire et constitue un concept fondamental pour illustrer l'effet stabilisateur des chocs.
Une maquette élémentaire a été conçue en respectant un cahier des charges facilitant la mise en place de l'expérience. Elle est constituée d'un bloc d'encastrement, d'une lamelle de flexion, d'un tube et de deux butées de choc placées à mi-hauteur de part et d'autre du tube. Chaque butée peut être soit en métal soit en élastomère. Une modélisation de la structure de test et des efforts de chargement auxquels elle sera soumise ont été établis. La modélisation des chargements est une modélisation paramétrique à l’exception des forces turbulentes qui ont été représentées par un bruit blanc à bande fréquentielle limitée. Les paramètres de couplages fluides-élastiques (fournis par le CEA) et la raideur de choc sont issus des mesures expérimentales.
Sur la base des essais réalisés sur cette maquette, les corrélations avec les calculs ont validé l'approche hybride. Dans un premier temps, on a montré qu'en présence de chocs le contrôleur reste stable et reproduit fidèlement l'effet des forces de couplage sur la structure. On constate une baisse de la fréquence et de l'amortissement du mode contrôlé avec l’augmentation des efforts fluides- élastiques conformément aux mesures réalisées par le CEA sous écoulement.
Les résultats montrent que dans le cas des butées élastomères, on obtient une bonne correspondance entre les mesures expérimentales et les estimations numériques. Les efforts de choc sont bien représentés, à la foi en amplitude, durée de contact et fréquence d’occurrence. Dans le cas des butées métalliques (100 fois plus raides), la dynamique d'ensemble reste bien reproduite. Les résultats concernant les durées et les occurrences de choc sont très satisfaisantes. En revanche Les forces de choc estimées présentent une sous-estimation de l'ordre de 20%. Ces résultats confirment ceux des études réalisées par le CEA.
Ce biais peut être dû à l'erreur en amortissement observée entre les simulations numériques et les mesures expérimentales. Le placement de pôle dynamique dans le temps peut en effet présenter une certaine sensibilité lorsque les amortissements de la structure contrôlée sont faibles. Ce biais est lié à la difficulté à placer un pôle dans le plan complexe quant celui ci a une partie réelle faible.
Dans ces conditions une erreur, même faible, sur la partie réelle du pôle placé conduit à une erreur importante sur l'amortissement de la structure contrôlée. Pour réduire ces écarts, il est nécessaire de modéliser finement l'ensemble des éléments de la chaîne de contrôle et inclure ces éléments dès la conception des contrôleurs (paramètres des filtres, position des pôles etc.).
8.3. Perspectives
La dernière étape de validation consistant à comparer les résultats de l'approche hybride avec ceux obtenus en présence de fluide n'a pas pu être réalisée car les structures de test sont sensiblement différentes. Une prochaine étape pourrait donc être d'appliquer la méthode hybride à une maquette identique à celle utilisée par le CEA, et de comparer les résultats obtenus avec ceux des essais sous écoulements.
Par ailleurs, les essais hybrides dans nos travaux se sont focalisés sur une structure de petite taille, assimilable à un modèle à 1ddl. La suite des travaux consiste à appliquer la technique de balayage de pôle, présentée dans ce manuscrit, à une structure de plus grande taille. Pour la suite des études autour de la stabilité des tubes de générateur de vapeur, la méthodologie développée pourra être appliquée au cas du tube cintré de la maquette GV_Local (figure 8.1). Les butées supportant ce tube ont des géométries représentatives des vraies conditions de supportage, et couplent les mouvements du tube dans les différents plans. Dans ce cas, même si seul le premier mode voit ses fréquence et amortissement varier en fonction des conditions d'écoulement, il devient nécessaire de contrôler plusieurs modes de la structure, et d'utiliser un contrôle actif distribué sur le tube complet pour les deux boucles de contrôle (excitation turbulente et forces fluides-élastiques).
Fig.8.1 : Maquette GV_Local
Tube cintré
Plaque entretoise
Encastrement