5. Exemple#

5.1. Description du cas de calcul#

Le post-traitement en fatigue vibratoire va être illustré sur le cas des ailettes des aubages 5-12 des turbines basse pression des centrales REP. Les ailettes sont fixées au disque par des doigts et des broches. Le diamètre extérieur des aubages est de l’ordre de 2 mètres.

Les propriétés matériaux retenues pour cette étude sont les suivantes :

  • limite d’endurance : \({S}_{l}=400\mathit{MPa}\)

  • limite à la rupture : \({S}_{u}=800\mathrm{MPa}\) .

Le chargement statique correspond à la rotation de la roue à \(1500\mathit{tours}/min\) . Trois des premiers modes correspondent respectivement à la flexion tangentielle (\(f=100\mathit{Hz}\) ), à la flexion axiale (\(f=\mathrm{180 }\mathit{Hz}\) ) et à la torsion (\(f=360\mathit{Hz}\) )

Remarque

Les propriétés matériau et les chargements utilisés ici ne correspondent pas au cas réel.

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Fig. 5.1 Maillage d’un paquet d’ailette de l’aubage 5-12#

5.2. Résultats obtenus#

On s’intéresse ici à l’amplitude maximale de vibration admissible en tête d’ailette (groupe de nœuds “NO_CAPT” , correspondant à la position sur site du capteur BVM), afin que la durée de vie dans le premier doigt de la première ailette du paquet d’aubage soit infinie (groupe de mailles appelé “DOI_1_1”).

  • Résultats issus de CALC_FATIGUE:

L’appel à CALC_FATIGUE, pour un calcul du dommage aux points de Gauss pour le premier mode de la structure, se fait comme suit :

DMG_MOD1= CALC_FATIGUE( TYPE_CALCUL = “FATIGUE_VIBR”,

OPTION = “DOMA_ELGA_SIGM”,

HISTOIRE = _F( RESULTAT = PRECONT,

MODE_MECA = MODE,

NUME_MODE=1,

FACT_PARTICI = 1,),

DOMMAGE = “WOHLER”,

CORR_SIGM_MOYE = “GOODMAN”,

MATER = MATE,

)

Puis, pour extraire le coefficient \(\alpha\) minimale sur la zone d’intérêt :

IMPR_RESU(FORMAT=”RESULTAT”, RESU=_F(CHAM_GD=DMG_MOD1,GROUP_MA=”DOI_1_1”),);

Les résultats obtenus, pour les trois premiers modes de la structure et pour une combinaison entre les deux premiers modes sont donnés dans le tableau suivant.

Mode 1 (flexion tangentielle)

Mode 2 (flexion axiale)

Mode 3 (torsion)

Mode 1 + 0,5 Mode 2

Contrainte statique maximale

685 MPa

Contrainte modale maximale

13 MPa

51 MPa

27 MPa

\({\alpha}_{\mathrm{Gerber}}^{\min}\)

1.8

0.8

1.3

1.5

\({\alpha}_{\mathrm{Goodman}}^{\min}\)

3.3

1.5

2.3

2.8

  • Utilisation des résultats :

Une opération supplémentaire est à réaliser pour passer du coefficient \(\alpha\) à l’amplitude de vibration admissible en un nœud donné. Le nœud considéré ici correspond à la position d’un des capteurs de déplacement.

Cette opération peut par exemple être fait par des boucles python simples :

# Paramètres du calcul (les mêmes que dans CALC_FATIGUE)

fact_partici = [1., 0.5]

nume_mode = [1,2]

nbmode = len(nume_mode)

# EXTRACTION DES DEPLACEMENTS DE LA TABLE

TDEP = POST_RELEVE_T(ACTION=_F( GROUP_NO=”NO_CAPT”,

INTITULE=”Depl. modal”,

RESULTAT=MODE,

NOM_CHAM=”DEPL”,

TOUT_CMP=”OUI”,

OPERATION=”EXTRACTION”,) ,) ;

DX = [None]*nbmode

DY = [None]*nbmode

DZ = [None]*nbmode

tdepl = TDEP.EXTR_TABLE()

for i in range(nbmode) :

dmod = tdepl.NUME_MODE==nume_mode[i]

DX[i] = dmod[“DX”].values()[“DX”]

DY[i] = dmod[“DY”].values()[“DY”]

DZ[i] = dmod[“DZ”].values()[“DZ”]

# EXTRACTION DU COEFFICIENT AMIN

TDMG12=POST_RELEVE_T(ACTION=_F( GROUP_NO=”ELTS”,

INTITULE=”(MODE 1) + 0,5 * (MODE 2)”,

CHAM_GD=D_MOD12,

TOUT_CMP=”OUI”,

OPERATION=”EXTREMA”,) ,) ;

AMIN = TDMG12.EXTR_TABLE()

AMIN = AMIN.EXTREMA==”MIN”

AMIN = AMIN[“VALE”].values()[“VALE”]

# CALCUL DU DEPLACEMENT MAXIMAL ADMISSIBLE

DXmax = 0.

DYmax = 0.

DZmax = 0.

for i in range(nbmode) :

DXmax = DXmax + AMIN[0] * fact_partici[i] * abs(DX[i][0])

DYmax = DYmax + AMIN[0] * fact_partici[i] * abs(DY[i][0])

DZmax = DZmax + AMIN[0] * fact_partici[i] * abs(DZ[i][0])

Dtot = sqrt(DXmax*DXmax + DYmax*DYmax +DZmax*DZmax ).

Cet exemple peut être retrouvé dans le cas test SDLV129A. Les résultats pour la présente étude sont donnés dans le tableau suivant.

Cas

\(\mathit{DX}\) (\(\mathit{mm}\) )

\(\mathit{DY}\) (\(\mathit{mm}\) )

\(\mathit{DZ}\) (\(\mathit{mm}\) )

\({\alpha}_{\mathrm{Gerber}}^{\min}\)

\({\mathit{DX}}^{max}\) (\(\mathit{mm}\) )

\({\mathit{DY}}^{max}\) (\(\mathit{mm}\) )

\({\mathit{DZ}}^{max}\) (\(\mathit{mm}\) )

\({D}^{max}\) (\(\mathit{mm}\) )

Mode 1

-0.02

0.07

0.99

1.8

0.04

0.11

1.78

1.79

Mode 2

0.07

0.98

0.21

0.8

0.06

0.78

0.77

0.8

Mode 3

0.02

-0.18

-0.82

1.3

0.03

0.23

1.07

1.09

Mode 1 + 0,5 Mode 2

0.05

0.56

1.1

1.5

0.08

0.83

1.64

1.84