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Couplage non intrusif Poutre-3D pour les calculs de rotors en dynamique transitoire

15 novembre 2012

par M. Tannous (doctorant au GeM à l’Ecole Centrale de Nantes sous la direction de P. Cartraud) et M. Torkhani (EDF R&D), en collaboration avec D. Dureisseix (LaMCoS, INSA de Lyon) dans le cadre du projet IRINA (contrat ANR 09 COSI 008 01 IRINA)

Dans les calculs de dynamique des rotors, un modèle 3D permet de bien prendre en compte les effets non linéaires, mais au détriment du temps de calcul. Lorsque les non-linéarités sont absentes, une bascule entre un modèle plus simple de type poutre et ce modèle 3D permet de gagner considérablement en temps de calcul pour une précision équivalente au modèle le plus réaliste.

Grâce à l’utilisation intégrée et simple de Python, Code_Aster permet d’effectuer ce changement de modèle, de façon non intrusive en cours de calcul transitoire.

Voici ci-dessous un exemple de poutre bi-appuyée soumise à une excitation dynamique sinusoïdale durant 3s. Le calcul dynamique commence sur le mono-modèle de poutre. À l’instant de bascule (2.4 s), on récupère les déplacements, les vitesses et accélérations de la fibre neutre de la poutre. Par une hypothèse de type corps rigide, ceux-ci sont extrudés dans l’épaisseur, puis la déformation de la section est corrigée grâce aux opérateurs de manipulation des matrices et des champs.

Flèches superposées du mono-modèle poutre et du bi-modèle mixte
Déplacements du nœud situé au milieu de la poutre bi-appuyée pour différentes modélisations testées (deux mono-modèles de référence 1D et 3D, deux modèles mixtes 1D-3D sans et avec bascule)

Ces résultats ont fait l’objet de communications publiées ([1]), ou en cours de publication ([2]).

Perspectives :

Pour la complétude de la méthodologie, la bascule réciproque du modèle 3D vers le modèle poutre ne présente pas de difficulté particulière et sera développée bientôt. La bascule finale du 1D vers le 3D ainsi que le retour du 3D au 1D permettra davantage de gains en temps et en mémoire CPU.
Des applications en dynamique non linéaire sont en cours et permettront d’illustrer la pertinence et l’efficacité de la méthode proposée. Par ailleurs, la méthode est également en cours de développement pour des applications de type machines tournantes [3].

Ces fonctionnalités avancées seront capitalisées à terme dans Code_Aster.

Références :

- [1] M. Tannous, P. Cartraud, D. Dureisseix, M. Torkhani, A beam to a 3D model switch in transient dynamic analysis , Proceedings of the 6th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, Eccomas 2012.

- [2] M. Tannous, P. Cartraud, D. Dureisseix, M. Torkhani, A beam to a 3D model switch in transient dynamic analysis, submitted to Computers and Structures, 2012

- [3] M. Tannous, P. Cartraud, D. Dureisseix, M. Torkhani, Bascule d’un modèle poutre à un modèle 3D en dynamique des machines tournantes, soumis au 11e colloque national en calcul des structures, CSMA 2013.