Contexte industriel
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Ce document a pour but de décrire la mise en œuvre d'un calcul de structure en fatigue vibratoire. On s'intéresse plus particulièrement aux études sur les machines tournantes (ailettes de turbines par exemple). Ces composants sont sollicités par un chargement statique (effort centrifuge lié à la rotation de la machine) et par un chargement dynamique (vibrations induites par l’écoulement du fluide). La durée de vie de la structure dépend à la fois de la partie dynamique (amplitude des variations des contraintes) et de la partie statique (contrainte moyenne).

Le chargement statique est généralement bien connu; la partie dynamique est quant à elle difficile tant à mesurer qu’à calculer. On ne peut donc pas mettre directement en œuvre les outils classiques de calcul de la durée de vie, basés sur l’évolution des contraintes au cours du temps (confer remarque ci-dessous).

A l’inverse, il peut être intéressant d’estimer l’amplitude de variation maximale admissible par la structure, pour un ou plusieurs modes propres de vibration. Cette amplitude peut ensuite être comparée avec les vibrations mesurées sur site (mesures BVM par exemple).

La démarche d’une telle étude est la suivante:


*   calcul de la contrainte liée au chargement statique ;


*   calcul de la contrainte associée au mode propre considéré ;


*   application des critères de fatigue pour calculer, en chaque nœud du maillage, la vibration maximale admissible pour avoir une endurance illimitée de la structure.

La dernière étape peut se faire avec l'opérateur CALC_FATIGUE(TYPE_CALCUL = 'FATIGUE_VIBR'). Le principe du calcul, sa mise en œuvre dans Code_Aster et un exemple industriel sont décrits dans les chapitres suivants.

**Remarques**  :

*Un certain nombre d'hypothèses sont introduites pour la calcul, cf. paragraphe suivant. Il s'agit ici d'estimer, de manière conservative, un niveau vibratoire acceptable. Si 'évolution temporelle des contraintes dans la structure est connue, il faut utiliser les fonctionnalités classiques des opérateurs* *CALC_FATIGUE ou* *POST_FATIGUE(avec des critères uniaxiaux ou multiaxiaux, des méthodes de comptage de cycles, …).*

*En dehors des turbines, la méthodologie présentée ici pourrait s'appliquer également à l’analyse vibratoire de lignes de tuyauterie (la contrainte moyenne correspondant alors à la pression interne), ou pour les éoliennes.*

*Le calcul nécessite de connaître au préalable la contrainte à la rupture et la limite d’endurance du matériau.*