office national dÉtudes et de recherches aérospatiales mÉthodologie de comparaison...
TRANSCRIPT
Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales
www.onera.fr
MÉTHODOLOGIE DE COMPARAISON EXPÉRIMENTAL/ NUMÉRIQUE
POUR LES PROBLÈMES DYNAMIQUES COUPLÉS FLUIDE/ STRUCTURE
Grégory Haboussa DMSE/RCSGrégory Haboussa DMSE/RCS
LAMIH: Prof P. DrazéticONERA: R. Ortiz
Page 2
Contexte scientifique: modélisation de l’impact d’un solide déformable sur un fluideContexte scientifique: modélisation de l’impact d’un solide déformable sur un fluide
Thèse de G. Portemont (2004): Obtention d’une base de données expérimentales de l’impact d’une goutte sur un capteur de pression.
Le capteur: 2 cas:Cavité emplie d’eau
Cavité emplie d’air
Membrane en silicium
Cavité Bâti
Conduit extérieur
Membrane en silicium
Cavité Bâti
Conduit extérieur 0.5mm
Page 3
La mesure d’un capteur de pressionLa mesure d’un capteur de pression
Cavité emplie d’eau Cavité emplie d’air
0
0,4
0,8
1,2
1,6
0,2 0,4 0,6 0,8 1Temps (ms)
Pre
ssio
n (
bar
)
2,5 m/s 3,5 m/s 4 m/s 5 m/s
-0,9
-0,7
-0,5
-0,3
-0,1
0,1
0,3
0 1 2 3 4 5 6
Temps (s)
Pre
ssio
n (b
ar)
1,2 m/s 1,3 m/s 1,4 m/s 1,5 m/s 2,5 m/s
Influence du remplissage de la cavité sur la mesure.
Que mesure-t’on?
Page 4
Cavité emplie d’air
-0,9
-0,7
-0,5
-0,3
-0,1
0,1
0,3
0 1 2 3 4 5 6
Temps (s)
Pre
ssio
n (b
ar)
1,2 m/s 1,3 m/s 1,4 m/s 1,5 m/s 2,5 m/s
Compression de l’air
Réponse à un gradient thermique(contact entre l’eau et la membrane)
La réponse du capteur ne correspond pas à la pression pariétale recherchée.
La mesure d’un capteur de pressionLa mesure d’un capteur de pression
Page 5
Cavité emplie d’eau
0
0,4
0,8
1,2
1,6
0,2 0,4 0,6 0,8 1Temps (ms)
Pre
ssio
n (b
ar)
2,5 m/s 3,5 m/s 4 m/s 5 m/s
Le phénomène mesuré est la réponse ducapteur x(t) à une sollicitation dynamique P(t).
Fp
M
k Cf
x(t)
Modèle vibratoire élémentaire:
)()()(2)( 2 taPtxtxtx
Avec: x(t) déplacement de la membrane (mesure du capteur) P(t) pression vue par la structure
)()()()( tFtkxtxCMtxM pf
La mesure d’un capteur de pressionLa mesure d’un capteur de pression
Page 6
ProblématiqueProblématique
La donnée intéressante est la pression subie par la structure
Comment la retrouver expérimentalement?
Étalonnage dynamique du système capteur + eau au tube à choc
H
Pression subie par la structure connue Pression subie par la structure = soumis à l’impact d’un goutte d’eau
Pression analytique du tube à choc
soumis au tube à choc
H - 1 H
Pression subie par la structure connue Pression subie par la structure = soumis à l’impact d’un goutte d’eau
Pression analytique du tube à choc
soumis au tube à choc soumis à l’impact d’une goutte d’eau
H -
Pression subie par la structure connue Pression subie par la structure = soumis à l’impact d’un goutte d’eau
Pression analytique du tube à choc
Tension délivrée par le capteur Tension délivrée par le capteur soumis au tube à choc
H -
H quantifie l’influence du moyen de mesure.
Page 7
ProblématiqueProblématique
Simulation numérique
Difficulté de la modélisation du capteur:Connaissance de sa géométrie interne,Connaissance de ses propriétés
mécaniques,Présence d’éléments pénalisant pour
le calcul.
SSiimmpplliiffiiccaattiioonn +
Fonction de
transfert H
0
1,5
3
4,5
6
0 0,025 0,05 0,075 0,1Temps (ms)
Pre
ssio
n (b
ar)
EXP LAG ALE SPH
Page 8
Principe général du tube à chocPrincipe général du tube à choc
Page 9
Principe général du tube à chocPrincipe général du tube à choc
21
1213
1
122
22
1
5
s
ss
M
MM
P
P
1
2
4
12
1
4 1
1
11
1
12
ss
s
MM
a
aM
P
P
P1: Pression dans la chambre Basse Pression (BP) P4: Pression dans la chambre Haute Pression (HP)P5: Pression réfléchie en fond de tubeMs: Nombre de Mach du choc
Diagramme espace-temps:
Page 10
Élaboration de la fonction de transfertÉlaboration de la fonction de transfert
t
p
5P
Échelon de pression délivré par le tube à choc Tension délivrée par le capteur
H
Réponse du capteur à un échelon de pression connu:
Page 11
Résultats préliminaires:
Élaboration de la fonction de transfertÉlaboration de la fonction de transfert
Mesure des capteurs en fond de tube
t
Mesure des capteurs en paroi
Page 12
Normalisation des pressions:
Passage en espace fréquentiel:
Élaboration de la fonction de transfertÉlaboration de la fonction de transfert
15
1
)(ˆ
PMP
PPP
s
mesmes
tc
d
c
VM
airair
ss
21
1213
1
122
22
15
s
ss
M
MMPP
messtatmes VKP
avec:
:)ˆ( refPFFT
:)ˆ( capteurPFFT
refrefA ,
capteurcapteurA ,
:)( gouttePFFT gouttegoutteA ,
capteur
refgoutteréel A
AAA
capteurrefgoutteréel
IFFT
(t)Préel
Page 13
Analyse des résultatsRépétitivité de la méthodologie
Soustraction de l’influence du capteur de référence (fmembrane=610kHz)
Mise en évidence de la réponse dynamique de la cavité emplie
Élaboration de la fonction de transfertÉlaboration de la fonction de transfert
Page 14
Obtention de la pression pariétale
Élaboration de la fonction de transfertÉlaboration de la fonction de transfert
A chaque essai correspond une fonction de transfert. Le critère de choix est maximum .1
5
P
P
Page 15
Pression pariétale pour différentes vitesses d’impact de goutte:1.55m/s 2.3m/s 2.9m/s
Grandeurs intéressantes: Temps de montée Maxima de pression Pressure Impulse:
Analyse de la pression pariétaleAnalyse de la pression pariétale
dtpPI
Page 16
Réponse du capteur modifiée:
Surestimation de la surpression initiale (rapport 2)Surestimation de la Pressure Impulse (rapport 1.25)Difficulté d’appréhension du temps de montée (ménisque?)
Analyse de la pression pariétaleAnalyse de la pression pariétale
Vitesse d’impact (m/s)
1.55 2.2 2.9
Temps de montée (s)
20 / 30 33 / 27 32 / 32
Maxima de pression (Bar)
0.13 / 0.26 0.27 / 0.54 0.5 / 0.98
Pressure Impulse (kg.s-
1.m-1)3.51 / 4.56 5.31 / 6.87 6.59 / 8.2
Pstructure
Pcapteur
Page 17
Conclusions / PerspectivesConclusions / Perspectives
Conclusions:La mesure du capteur de pression n’est pas la donnée recherchée.
Méthodologie permettant d’accéder à la pression subie par la structure expérimentalement.
Affranchissement de la modélisation du capteur dans l’optique de validation des codes.
Perspectives:Validation complète de la pression structurale avec un démarche analogue où la cavité du capteur est emplie d’huile.
Utilisation de codes numériques sur des cas-test simplifiés.
Office National d’Études et de Recherches Aérospatiales
www.onera.fr
MÉTHODOLOGIE DE COMPARAISON EXPÉRIMENTAL/ NUMÉRIQUE
POUR LES PROBLÈMES DYNAMIQUES COUPLÉS FLUIDE/ STRUCTURE
Grégory Haboussa DMSE/RCSGrégory Haboussa DMSE/RCS
LAMIH: Prof P. DrazéticONERA: R. Ortiz