Quels défis pour la simulation des problèmes de vibrations dans les turbomachines ?

Cette rencontre-conférence nous a permis d’explorer les défis de demain pour la simulation des problèmes de vibrations dans les turbomachines.

Caroline Raick (Siemens DI), notre première intervenante, a d’abord rappelé ce que sont les turbomachines. Il s’agit de machines tournantes constituées de parties fixes et de parties tournantes reliées par des éléments de connexion. Celles-ci sont au cœur de nombreuses structures mécaniques et applications industrielles.

Elle nous a ensuite présenté les quatre défis en jeu dans la simulation des turbomachines.

[06:16] Le premier défi concerne la gestion des gros modèles et la production de scénarios réalistes. Après avoir énoncé les caractéristiques de ces gros modèles, Caroline Raick a rappelé pourquoi leur réduction est utile (gain de temps et moindre coût) mais tout en gardant une bonne précision des résultats. Plusieurs éléments à prendre en compte dans les scénarios, ainsi que plusieurs alternatives au modèle de représentation 3D solide ont été évoqués. Les différentes approches ont ensuite été illustrées par des exemples.

[14:16] Le deuxième challenge est celui de l’harmonisation des outils de simulation. Caroline Raick en a profité pour évoquer rapidement l’historique et l’évolution de Samtech devenu Siemens. Le Simcenter 3D a permis le développement d’une nouvelle génération de solutions Rotor et a donné accès aux utilisateurs à toutes sortes d’outils (de maillage, d’optimisation, de management de données…) qui améliorent le travail entre équipes et permettent un gain de temps.

[20:13] Les jumeaux numériques représentent un autre défi car si cette simulation permet de mieux appréhender un système, de gagner du temps et de l’argent, elle pose également la question de l’acquisition des données. Pour acquérir ces données, Siemens dispose du Simcenter Testlab qui permet d’enregistrer et de traiter les informations sur les rotors.

[22:20] Avant de conclure, Caroline Raick a évoqué les nouveaux défis du domaine provenant de nouvelles machines et nouvelles applications (moteurs électriques, pales d’hélicoptères ou de drones, etc.) qui appellent le développement de nouveaux modèles.

Elise Delhez (doctorante à l’ULiège) nous a ensuite projeté dans les développements futurs de la dynamique rotor. Dans les turbomachines, de nombreuses interactions de type contact ont lieu à plusieurs endroits et chaque interface de contact est différente. Elise Delhez se concentre donc sur un élément spécifique des turbomachines, l’interaction entre l’aube et le carter, pour lequel il faut un modèle très précis. Elle place également son étude dans le secteur de l’aéronautique. Le contact n’est pas le seul défi présent car chaque étage a ses propres spécificités et comme les aubes deviennent de plus en plus élancées et légères, cela demande un modèles plus précis et donc un nouvel outil.

[32:06] Elise Delhez nous a parlé de la complexité des dynamiques en place dans l’étude des turbomachines puis des avantages de la simulation numérique. Elle nous a présenté deux méthodes, l’une basée sur l’intégration temporelle et l’autre fréquentielle. Chaque méthode a ses avantages et inconvénients et les deux doivent continuer d’être développées en parallèle. Elle a ensuite évoqué la réduction des modèles qui est un vrai défi pour les modèles non-linéaires.

[41:35] Pour illustrer son propos, Elise Delhez a utilisé ses recherches doctorales et nous a présenté une méthode de réduction qu’elle a appliqué à une aube. Ses résultats montrent que la non-linéarité géométrique doit être prise en compte dans les calculs.

En conclusion, la chercheuse a mis en évidence des questions de recherches futures : mieux comprendre la physique présente derrière les modèles utilisés et continuer à développer des stratégies numériques plus efficaces.

Retrouvez ci-dessous le replay et les slides de cette rencontre :