This thesis studies the linear and nonlinear dynamics of pipes conveying fluid. It consists of four peer-reviewed journal papers, three published and one submitted for publication. The aim is to investigate aspects of the dynamical behaviour of extensible and inextensible pipes conveying fluid, both theoretically and experimentally.In particular, (i) the three-dimensional nonlinear dynamics of a pipe conveying fluid, constrained by an array of four springs attached at a point along its length is examined from the theoretical and experimental perspectives; (ii) the three-dimensional dynamical behaviour of a fluid-conveying cantilevered pipe fitted with an end-mass and additional intra-span spring support is investigated, both theoretically and experimentally; (iii) the nonlinear planar dynamics of a cantilevered extensible pipe conveying fluid is investigated theoretically via two different numerical techniques; (iv) the phase-shift along the length of the measuring pipe of a Coriolis mass-flowmeter is developed (and thus mass-flow rate is determined) analytically by means of a perturbation technique and confirmed numerically. In the theoretical analyses, the Galerkin method and Lagrange equations for systems containing non-material volumes are employed to obtain a set of nonlinear second-order ordinary differential equations. These equations are solved by means of Houbolt's finite difference scheme, the pseudo-arclength continuation technique, and direct time integration via a modified Rosenbrock technique. The method of multiple timescales, an approximate analytical technique, is also used to predict the phase-shift along the length of the measuring pipe of a Coriolis mass-flowmeter.A series of experiments were conducted with silicone rubber pipes conveying water, and thereby the theoretical models have been broadly validated. / Cette thèse traite de la dynamique linéaire et non linéaire de tuyaux parcourus par un fluide. Composée de quatre articles scientifiques ayant fait l'objet d'un examen critique, trois publiés dans des revues techniques et un soumis pour publication, l'objectif étant d'étudier certains aspects du comportement dynamique des conduits extensibles et inextensibles transportant du fluide, de manière théorique et expérimentale.En particulier, (i) la dynamique tridimensionnelle non linéaire d'un tuyau de transport de fluide, contraint par un réseau de quatre ressorts attachés entre les deux bouts est examinée d'un point de vue théorique ainsi qu'expérimental; (ii) le comportement dynamique tridimensionnel d'un tuyau aux extrémités encastrées-libres avec une masse additionnelle au bout libre et un support flexible (ressort) supplémentaire, est également étudié; (iii) la dynamique non linéaire plane d'un tuyau extensible encastre-libre transportant du fluide est étudiée théoriquement par deux méthodes numériques différentes; (iv) le calcul du déphasage sur la longueur du conduit de mesure d'un débitmètre à effet Coriolis (et donc, du débit massique) est mis au point analytiquement au moyen d'une technique de perturbation et est confirmé numériquement. Lors des analyses théoriques, la méthode de Galerkin et les équations de Lagrange pour les systèmes contenant des volumes vides sont utilisés pour obtenir un ensemble d'équations différentielles ordinaires non-linéaires du second ordre. Ces équations sont résolues grâce à un schéma de différences finies de Houbolt, la technique de continuation à pseudo-longueur d'arc, et l'intégration temporelle directe par l'intermédiaire d'une technique de Rosenbrock modifiée. La méthode des délais multiples (dite "multiple scale method"), une technique analytique approximative, est également utilisée pour prédire le déphasage le long du tuyau de mesure d'un débitmètre à effet Coriolis.Une série d'expériences ont été réalisées à l'aide de tuyaux en silicone transportant de l'eau afin de pouvoir vérifier de manière concluante la validité des modèles théoriques.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.114479 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Hajghayesh, Mergen |
| Contributors | Marco Amabili (Supervisor2), Michael P Paidoussis (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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