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Modélisation vibratoire canalisation

Agroalimentaire et cosmétique

Pour l’étude de modélisation vibratoire d’une canalisation, la simulation mécanique permet de comprendre les phénomènes dynamiques en jeu dans le système. Si la canalisation ou le conduit contient un fluide, alors il est intéressant de coupler la simulation mécanique à la simulation acoustique pour caractériser les intéractions entre le fluide et le solide.

Objectifs de la modélisation vibratoire

Dans certaines industries comme l’agroalimentaire ou la cosmétique, il est nécessaire de contrôler les propriétés de viscoélasticité du mélange qui circule dans les canalisations ou tubes lors de sa fabrication, et qui sera ensuite conditionné pour l’utilisateur final.

Il existe des dispositifs non intrusifs permettant de mesurer la viscoélasticité en temps réel s’appuyant sur un couplage d’ondes acoustiques hautes et basses fréquences.
Pour calibrer la mesure ultrasonore, il est nécessaire de connaitre le champ rayonné par les sources basses fréquences, qui constituent la palpation du produit à caractériser.

Résultat de la modélisation et informations obtenues

La simulation acoustique et mécanique permet de prédire et visualiser les modes de déformation (palpation) du fluide à l’intérieur des canalisations pour différentes configurations rencontrées en milieu industriel : variation des matériaux et géométries (épaisseur, longueur, diamètre, coudes …) des canalisations.

Il est donc intéressant de comprendre le comportement dynamique du fluide avec son contenant selon les fréquences des transducteurs utilisés, et étudier s’il est possible d’identifier la façon d’ajuster les paramètres de la source acoustique  L’enjeu est de maitriser la palpation basse fréquence pour optimiser l’estimation de la mesure de viscoélasticité du produit.

Vibrations de la canalisation à fréquence de consigne basse

L’image montre, pour une fréquence de consigne basse, un tube contenant un fluide et coupé en 2 pour une meilleure visualisation :

  • sur la gauche de l’image, la déformation du tube (amplifiée par rapport à la déformation réelle) ;
  • sur la droite de l’image, l’onde acoustique (palpation acoustique) qui se propage dans le fluide contenu dans le tube.

Les flèches en orange, sur le côté du tube, indiquent la source de déplacement par le transducteur.

Vibrations de la canalisation à fréquence de consigne haute

Cette image montre le même tube, pour une fréquence de consigne haute, avec la déformation à gauche et l’onde acoustique à droite.

A géométrie et matériau identiques, les modes de vibration du contenant et de son contenu peuvent donner des résultats très différents selon la fréquence de consigne, conduisant à des estimations de la viscoélasticité du produit différentes.

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