etude de nocivité de défauts des attaches des ailettes ... · optimisation du raffinement et de...

Etude de nocivité de défauts des attaches des ailettes terminales des rotors BP100

Journée Utilisateurs

Salome_Meca et Code_Aster

26/03/2015

RICOU Elodie R&D/AMA/T66

LES ATTACHES DES AILETTES TERMINALES

77 ailettes terminales / 77 attaches par disque

Attaches en ‘pied de sapin’

Profil Curviligne

10 crans par attache

2 – Journée Utilisateurs Salome-Meca et Code_Aster – 26 mars 2015 Copyright EDF SA

LES ATTACHES DES AILETTES TERMINALES


Découverte de fissures

Fissures découvertes en fond de cran des attaches des ailettes terminales BP100

REX parc français et international.

Risque d’accidents graves pour la turbine (départ d’ailette terminale).

Maintien de la disponibilité des tranches CP2-1300. Renforcement des contrôles / usinage des fissures.

Enjeux Parc

PROBLEMATIQUE : MAINTENANCE DES ATTACHES ?

Peut-on redémarrer ?

Besoin d’un outil de diagnostic rapide.


I. Contexte - Objectifs

II. Développement du modèle complet

III. Validation du modèle simplifié

IV. Méthode générique de l’étude de nocivité

V. Conclusions - Perspectives

PLAN


Modèle simplifié Modèle complet

CONTEXTE

Modélisation du CONTACT => Calculs non-linéaires

Pressions appliquées sur les crans=> Calculs linéaires


2

Quid du chargement sur les crans de l’attache :

représentatif de l’effort transmis par contact entre l’ailette et l’attache ?

influence des fissures sur ce chargement des crans?

Objectifs techniques :

Développement du modèle complet robuste et performant.

Convergence du modèle complet avec contact + fissures.

Validation du modèle simplifié de diagnostic rapide.

Nécessité d’un modèle complet {attache + ailette} avec contact sur les crans

OBJECTIFS


Scripts python permettant de générer des maillages ‘sur-mesure’ avec Salomé en fonction :

- des zones d’intérêt,

- du phénomène à étudier,

- des performances recherchées.

Optimisation du nombre de DDL : performance / précision.

Script de génération de maillage paramétrable avec Salomé

Modélisation - calcul

Calcul de référence sur structure ‘saine’ (contact)

Récupération du chargement sur les crans : pression de contact.

Calculs sur structure fissurée (contact + X-FEM)

Récupération du chargement sur les crans en présence de fissure

Etudes de nocivité

DEVELOPPEMENT DU MODELE COMPLET


Script python-Aster permettant de renseigner la géométrie et localisation d’une fissure :

- Type de fissure : CIRCONFERENTIELLE, ELLIPSE

- CRAN : SUP, MDS, MED, MDI, INF

- Taille : demi-grand axe, demi-petit axe/ profondeur

- Niveau de raffinement : GROSSIER, MOYEN, FIN

raffinement réalisé avec HOMARD via la commande Aster MACR_ADAP_MAIL

Script de raffinement automatique du maillage autour de la fissure

Modélisation XFEM des fissures

Pas de maillage de la fissure !

enrichissement de l’élément fini avec fonction saut pour les déplacements et fonction singulière pour les contraintes.



Exemples de maillages générés avec Salomé

Grossier Fin

40 000 noeuds 300 000 noeuds



Conditions limites

Chargement Effort volumique centrifuge (1500 tours/min)

Blocage des mouvements de corps rigides

Répétivité cyclique

Comportement Elastique

Éléments ‘mous’


Contact Formulation ‘CONTINUE’

ALGO : NEWTON_GENERALISE


Influence du raffinement de l’ailette sur la répartition du chargement sur les

crans

Optimisation de la discrétisation du voile.

n_h_v



Raffinement

voile (n_h_v)

Extrados Intrados

25 52,3% 47.7%

80 49.6% 50.4%

120 49.5% 50.5%

Constructeur 49.5% 50.5%

Répartition des contraintes dans la structure

Concentration des contraintes à l’intersection de la gorge de jonc d’arrêt et du

cran inférieur côté extrados : lieu d’amorçage de fissures.



Comparaison avec les études constructeur

Répartition de l’effort entre les différents crans (% de l’effort centrifuge de l’ailette)

Profil de la pression linéique le long des crans (N/mm)

Maximum de contrainte principale en fond de cran (MPa)Cri

tère

s



CRAN Extrados Intrados Total

SUP 13,4% 11,7% 25,1%

MDS 7,8% 7,9% 15,7%

MED 7,2% 7,5% 14,7%

MDI 7,8% 8,1% 15,9%

INF 13,3% 15,3% 28,6%

Total 49,5% 50,5% 100,0%

Répartition de la charge entre les différents crans

Crans inférieurs plus chargés sur le modèle R&D.

Basculement plus important sur le modèle R&D.

Constructeur

CRAN Extrados Intrados Total

SUP 13,1% 11,5% 24,6%

MDS 8,5% 8,6 % 17,1%

MED 8,0% 8,6% 16,6%

MDI 8,7% 9,3% 18,1%

INF 11,2% 12,5% 23,7%

Total 49,5% 50,5% 100,0%

R&D



Influence du frottement sur la répartition de la charge sur les crans

Avec du frottement, le côté intrados de l’attache est plus chargé que le côté extrados.

C=0 Extrados Intrados Total

SUP 13,4% 11,7% 25,1%

MDS 7,8% 7,9% 15,7%

MED 7,2% 7,5% 14,7%

MDI 7,8% 8,1% 15,9%

INF 13,3% 15,3% 28,6%

Total 49,5% 50,5% 100,0%

C=0.2 Extrados Intrados Total

SUP 11,7% 13,5% 25,1%

MDS 7,1% 8,5% 15,6%

MED 6,7% 7,8% 14,5%

MDI 7,4% 8,4% 15,8%

INF 13,6% 15,4% 29,0%

Total 46,5% 53,5% 100,0%

C=0.3 Extrados Intrados Total

SUP 11,5% 14,0% 25,5%

MDS 7,0% 8,6% 15,6%

MED 6,6% 7,8% 14,4%

MDI 7,3% 8,3% 15,6%

INF 13,6% 15,3% 28,9%

Total 45,9% 54,1% 100,0%

C coefficient de frottement



Calcul de référence avec contact (maillage fin):

Calcul avec contact-frottant :

Calcul avec contact + XFEM :

Comment ?

optimisation du raffinement et de la qualité du maillage,

choix des solveurs (MUMPS),

utilisation du calcul parallèle (32 processeurs) sur le cluster Aster5.

<1H pour 10e6 DDL3000 nœuds en contact

Modèle CPU

Sans frottements 1h

0.2 2h40min

0.3 5h

<15min pour 2.5e5 DDL1400 nœuds en fond de fissure



Contrainte principale maximale (MPa) en fond de cran :

COTE

CRANEXTRADOS INTRADOS

SIMPLIFIE COMPLET SIMPLIFIE COMPLET

SUPERIEUR 477 227 384 186

MEDIAN SUP 593 305 464 198

MEDIAN 648 352 416 206

MEDIAN INF 901 526 434 260

INFERIEUR 3134 2578 1005 612

Maximum au niveau du cran inférieur côté extrados (gorge de jonc d’arrêt)

Sur les autres crans, modèle complet moins contraint (rapport 2).

Courbes Résultats

R&D

EV EV SVSV

VALIDATION DU MODELE SIMPLIFIE


Influence d’une fissure sur la répartition du chargement sur les crans

Report de la charge du cran fissuré vers les autres crans.

Faible influence des fissures sur le chargement des crans.

SAIN Extrados Intrados Total

SUP 13,4% 11,7% 25,1%

MDS 7,8% 7,9% 15,7%

MED 7,2% 7,5% 14,7%

MDI 7,8% 8,1% 15,9%

INF 13,3% 15,3% 28,6%

Total 49,5% 50,5% 100,0%

CIRC P=5 Extrados Intrados Total

SUP13.9% 12.5% 26.4%

MDS8,3% 8,4% 16.8%

MED8,1% 7.8% 15.9%

MDI9,2% 8,0% 17.2%

INF10.0% 13.9% 23.8%

Total 49.4% 50.6% 100.0%

Sain

Fiss

uré

VALIDATION DU MODELE SIMPLIFIE


12 fissures modélisées

avec X-FEM

Fissure circonférentielle de 5mm de profondeur

METHODE GENERIQUE DE L’ETUDE DE NOCIVITE

Mise en données Raffinement du maillage

Fissures X-FEMCalcul critères rupture

Lancement calcul

GéométriePosition MACR_ADAP_MAIL

DEFI_FISS_XFEM

MECA_STATIQUESTAT_NON_LINE

POST_K1_K2_K3CALC_G

2

3

4

5

Script de raffinement automatique

Maillage

ModèleFichier de

commandes Aster


1

Acquis études :

1. Développement d’un modèle complet performant.

2. Validation du modèle simplifié.

3. Mise en place d’une méthode générique d’étude de défauts des attaches.

Acquis outils :

Solveurs : calculs non-linéaires sur structure industrielle avec 10 surfaces de

contact (3000 nœuds) et présence de fissure X-FEM, calculs parallèles.

Maillage : scripts de maillage paramétrique.

Mécanique de la rupture : raffinement de maillage, fissure X-FEM, calcul des

critères.

Perspectives :

Calculs dynamiques, passage en quadratique, amorçage, propagation, analyse

modale, … , etc.

CONCLUSIONS - PERSPECTIVES


Merci.Des questions ?

Cas de la fissure circonférentielle de 1 mm de profondeur :

Utilisation du script de raffinement automatique de maillage autour du fond

de fissure.

Modélisation de la fissure avec la méthode XFEM.




Utilisation du script de raffinement automatique de maillage autour du fond de fissure.

Modélisation de la fissure avec la méthode XFEM.

Taille des éléments en fond de fissure h 1.2E-4 m

Rayon de la zone raffinée 8e-4 m

Nombre de nœuds en fond de fissure 1387




Gain de marges sur les critères de rupture par rapport au modèle simplifié.

Préconisation de méthodes pour le calcul des critères de mécanique de

la rupture.

K1 K2 K3



Entrée vapeur

Sortie vapeur

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