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UNIVERSITÉ DU QUEBEC MEMOIRE PRESENTE A L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COM

UNIVERSITÉ DU QUEBEC MEMOIRE PRESENTE A L'UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À CHICOUTIMI COMME EXIGENCE PARTIELLE DE LA MAÎTRISE EN INGÉNIERIE Par Omar Noui r Etude et modélisation des citernes en aluminium pour les véhicules routiers Novembre 2012 TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIÈRES ii LISTE DES FIGURES v LISTE DES TABLEAUX vi RÉSUMÉ vii REMERCIEMENTS ix Chapitre 1 1 INTRODUCTION 1 1.1 Problématique 2 1.2 Objectifs 6 1.3 Méthodologie 7 Chapitre 2 10 REVUE DES LITTÉRATURES 10 2.1 Effet du mouvement du liquide 10 2.1.1 Interaction liquide-véhicule 10 2.1.2 Comportement du liquide dans une citerne 13 2.2 La géométrie de la citerne 14 2.2.1 Géométrie extérieure 14 2.2.2 Géométrie intérieure et utilisation des chicanes 17 2.3 Résistance des parois 18 2.4 Synthèse 20 Chapitre 3 22 Ill MODELISATION DU MOUVEMENT DU LIQUIDE 22 3.1 Introduction 22 3.2 Différents modèles mécaniques équivalents 22 3.2.1 Système masse-ressort 23 3.2.2 Système du pendule simple 24 3.2.3 Autres systèmes 25 3.3 Nouveau système élaboré 27 3.3.1 Présentation du système 27 3.3.2 Formulation des équations 31 3.3.3 Obtention des paramètres 34 Chapitre 4 57 DÉPLACEMENTS ET FORCES DE PRESSION 57 4.1 Calcul des paramètres 57 4.2 Déplacements 60 4.3 Fréquences naturelles 62 4.4 Forces de pression interne 64 Chapitre 5 66 OPTIMISATION DES CITERNES 66 5.1 Calcul de l'épaisseur d'une citerne: 66 5.2 Choix des matériaux : 70 5.3 Épaisseurs minimales des parois 74 5.4 Poids des citernes 76 Chapitre 6 79 CONCLUSIONS ET RECOMMANDATIONS 79 IV REFERENCES: 82 LISTE DES FIGURES Figure 1.1: Camion-citerne d'unité [1] 2 Figure 1.2: Camion-citerne à une remorque [2] 2 Figure 1.3: Camion-citerne à deux remorques [3] 3 Figure 1.4: Camion-citerne à plusieurs remorques (train routier) [4] 3 Figure 1.5: Renversement des camions citernes [8,9] 5 Figure 2.1: Table d'inclinaison pour véhicules lourds [14] 12 Figure 2.2: Étude expérimentale d'une citerne [19] 14 Figure 2.3: Formes de citernes optimales pour différents taux de remplissage [21] 15 Figure 2.4: Sections latérales étudiées par Kang [22] 16 Figure 2.5: type de chicanes étudiées [25] 17 Figure 2.6: La citerne ISO [32] 20 Figure 3.1: Modèle mécanique équivalent à une citerne ellipsoïdale [34] 23 Figure 3.2: Modèle mécanique du pendule dans une citerne cylindrique [35] 24 Figure 3.3: Modèles mécaniques équivalents à des réservoirs longs et profonds [34] 25 Figure 3.4: Modèle mécanique représentant une citerne conique [34] 26 Figure 3.5: Schéma expliquant la répartition de la masse du liquide 28 Figure 3.6: Schéma représentant le système en repos 29 Figure 3.7: Schéma représentant le système en mouvement 30 Figure 3.8: Paramètres de la citerne à section circulaire 35 Figure 3.9 : Schéma expliquant le calcul des déplacements maximaux 39 Figure 3.10: Paramètres de la citerne à section elliptique 41 Figure 3.11: Dimensions de la section ovale modifiée 45 Figure 3.12: Paramètres de la citerne à section ovale modifiée 47 Figure 3.13: Dimensions de la section trapézoïdale modifiée [21] 50 Figure 3.14: Paramètres de la citerne à section trapézoïdale 54 Figure 5.1: Train de laminoir d'aluminium [37] 72 VI LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.1: Nombre de véhicules lourds impliqués dans des accidents mortels [5] 3 Tableau 1.2: Nombre de camions-citernes impliqués dans des accidents mortels en 2007 [5] 4 Tableau 4.1: Conditions critiques de renversement 58 Tableau 4.2: Paramètres du système mécanique pour les différentes formes de citernes. ...59 Tableau 4.3: Déplacements des centres de masses en cm 61 Tableau 4.4: Fréquences naturelles du système mécanique en Hz 63 Tableau 4.5: Forces latérales pour les différentes formes de section en N. 65 Tableau 5.1 : Matériaux choisis et leurs propriétés 74 Tableau 5.2: Comparaison des épaisseurs de différentes formes de citernes pour des conditions CO et CC 75 Tableau 5.3: Comparaison des poids de citernes pour différents matériaux dans des conditions CO et CC 77 Vil RESUME La stabilité des camions citernes a été le sujet de plusieurs études dans les dernières décennies, les accidents de ces véhicules lourds peuvent causer des ravages affectant la nature et l'humanité. Le renversement est l'un des facteurs les plus influents dans les accidents des camions citernes. Les performances dynamiques de la charge transportée jouent un rôle considérable sur la stabilité du véhicule. La géométrie, le taux de remplissage et le poids de la citerne sont tous des facteurs qui influent directement sur le comportement dynamique du véhicule. Malgré les recherches qui ont été consacrées à l'étude du comportement du liquide à l'intérieur des citernes, peu d'études ont visé l'optimisation du poids du réservoir en utilisant des matériaux légers et résistants tels que l'aluminium. Dans le cadre de cette étude, un nouveau modèle mécanique est développé afin de simuler le mouvement du liquide dans une citerne partiellement remplie, le but de ce modèle est d'évaluer les déplacements latéraux et les fréquences naturelles de la surface libre et du reste du liquide, ainsi que les forces de pression critiques exercées sur les parois de la citerne. Quatre formes de sections latérales ont été abordées et analysées dans le but d'obtenir la meilleure représentation de chacune d'elles et ainsi acquérir des résultats distincts et précis. Par la suite, les valeurs des forces latérales de pression sont utilisées comme étant les forces maximales qui peuvent être générées par le déplacement du liquide dans des conditions opérationnelles. Après avoir sélectionné certains matériaux appropriés à la conception des citernes selon les critères exigées, les épaisseurs des parois sont alors évaluées et comparées aux épaisseurs satisfaisant les conditions de construction imposées par P ASME (American Society of Mechanical Engineers) et le département américain de transport. Ainsi, les poids des différentes formes de réservoirs sont obtenus en fonction des matériaux sélectionnés. Les résultats acquis par le modèle développé dans cette étude ont démontré qu'il est possible de diminuer le poids du réservoir des camions citernes par Vlll l'utilisation de certains alliages d'aluminium en laissant une marge importante avec les conditions et normes imposées. Les résultats de cette recherche permettraient de discuter la possibilité de diminuer le poids de la citerne pour les véhicules routiers afin d'améliorer leur performance dynamique et réduire la consommation du carburant. IX REMERCIEMENTS Je souhaite adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes qui m'ont apporté leur aide et qui ont contribué de près ou de loin à l'élaboration de ce travail de recherche dans les meilleures conditions. Je tiens à exprimer ma gratitude et ma reconnaissance envers mon directeur de recherche, Monsieur Mohamed Bouazara, professeur au département des sciences appliquées à l'Université du Québec à Chicoutimi, qui s'est toujours montré à l'écoute et très disponible tout au long de la réalisation de ce projet malgré ses engagements professionnels. Son orientation judicieuse et son engagement sincère m'ont permis d'avoir un encadrement remarquable pour l'accomplissement de mon projet. Mes sincères remerciements à mon codirecteur, Monsieur Marc J. Richard, professeur à l'université Laval à Québec, pour ses conseils enrichissants et ses remarques pertinentes qui ont été pour moi une aide précieuse. Je tiens à remercier le professeur Fouad Erchiqui, de l'université du Québec à PAbitibi- Témiscamingue et le professeur Ramdane Younsi, de l'école polytechnique de Montréal d'avoir accepté de consacrer leurs temps précieux pour évaluer ce mémoire. J'exprime ma profonde reconnaissance à mes chers parents et mon cher frère pour tous leurs sacrifices et leurs patiences, pour toute peine qu'ils se sont donnée à me guider et me soutenir même dans les pires circonstances. Mes plus sincères sentiments à ma femme pour son soutien, son sacrifice et son encouragement durant toute la période de la réalisation de ce travail. Je remercie finalement mes amis et collègues avec lesquels nous avons partagé des moments inoubliables et une ambiance de travail exceptionnelle. Je les remercie pour leur aide et leur appui. CHAPITRE 1 INTRODUCTION De nos jours, le transport des liquides est un besoin économique essentiel, l'utilisation des camions citernes est un moyen efficace pour le transport terrestre des liquides. Cependant, le risque des accidents routiers est omniprésent et peut causer de graves dégâts. Les liquides transportés sont souvent des produits inflammables ou contiennent des substances chimiques dangereuses pour la nature et l'humanité. Les accidents des camions citernes peuvent causer d'énormes pertes humaines et économiques. De plus, les explosions, les incendies et la dissipation de produits chimiques sont capables de provoquer des ravages et ainsi affecter la nature et l'environnement. Le renversement est l'un des facteurs qui engendrent le plus d'accidents de camions citernes. Plusieurs paramètres peuvent influencer le comportement dynamique du véhicule tel que les dimensions, la géométrie, le poids et le taux de remplissage de la citerne. Certains de ces paramètres ont été étudiés profondément dans des travaux antérieurs. Cependant, l'étude de la possibilité de diminuer le poids de la citerne en utilisant des matériaux légers tels que l'aluminium n'a pas été profondément abordée. En effet, l'usage des alliages d'aluminium est de plus en plus répandu dans le domaine du transport. Les diverses propriétés physiques et mécaniques des différents alliages d'aluminium procurent une multitude de possibilités de conception des pièces automobiles. Notamment, la fabrication des citernes mobiles en aluminium peut diminuer le poids du véhicule, ce qui permet de charger davantage de uploads/Geographie/ universite-du-quebec-par-omar-noui.pdf