Développement et évaluation d'approches de modélisation numérique couplées 1D et 3D du contact rotor-stator - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Developpement and evaluation of coupled 1D and 3D numerical approaches for rotor-stator contact modeling

Développement et évaluation d'approches de modélisation numérique couplées 1D et 3D du contact rotor-stator

Résumé

Rotor dynamic problems with rotor to stator contact interactions are dealt with in the literature by 1D local models. This leads to an affordable simulation time, but the corresponding approximations are difficult to assess. Since the contact is limited in space and time, the same strategy can therefore be used with 3D models. A strategy, called switch, allowing the use of a beam model and a 3D model (or beam-3D mixed model), at two different stages of the same simulation, is developed. It is implemented in a non-intrusive way for the simulation of transient dynamic problems, with or without an overall rotation, solved by an implicit time integration scheme. The switch is validated by comparison with a 3D reference solution obtained by performing the full simulation on the 3D model. We, then, compare and analyze the results of 1D and 3D rotor-stator contact problems, for different contact conditions more and less severe. The rotor vibrations are due to rotating imbalance at a given constant rotating speed. It appears that the differences between the 1D and the 3D results are not obvious on the rotor orbits. However, the limitations of the 1D simulation are highlighted. Indeed, the rigid body section assumption in a beam model of the rotor leads to approximations in the spatial distribution of the contact forces and their intensity. The 3D model, however, can present some local effects in the vicinity of the contact zone.
Les problèmes de machines tournantes présentant un contact rotor-stator sont généralement traités dans la littérature à partir de modèles localement 1D. Ceci conduit à un temps de simulation acceptable, mais les approximations correspondantes sont difficiles à évaluer. Or le contact est limité en espace et en temps, il peut donc en être de même pour l'utilisation d'une modélisation 3D. Une stratégie, nommée bascule, permettant d'utiliser un modèle poutre et un autre 3D (ou un modèle mixte poutre-3D), pendant deux phases différentes de la même simulation, est donc développée. Elle est mise en oeuvre de façon non-intrusive, en dynamique transitoire, pour des systèmes présentant ou non une rotation d'ensemble, avec une résolution par intégration temporelle implicite. La bascule est validée par comparaison avec une solution 3D de référence obtenue en effectuant la simulation entière sur le modèle 3D. On analyse ensuite, sur des problèmes de contact rotor-stator, les résultats des modèles 1D et 3D, dans différentes situations de contact plus ou moins sévères. Les vibrations du rotor sont dues à un balourd et sa vitesse de rotation est imposée constante. Il apparaît que les écarts entre les résultats des modèles 1D et 3D sont peu visibles sur les orbites du rotor. En revanche les limitations du modèle 1D sont mises en évidence. En effet, l'hypothèse de section rigide du rotor entraine des approximations dans la distribution spatiale et l'intensité des efforts de contact. La modélisation 3D en revanche permet de représenter certains effets locaux au voisinage de la zone de contact.
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  • HAL Id : tel-00943210 , version 1

Citer

Mikhael Tannous. Développement et évaluation d'approches de modélisation numérique couplées 1D et 3D du contact rotor-stator. Génie mécanique [physics.class-ph]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00943210⟩
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