Contribution à l’étude hydroelastique des structures a symétrie cyclique

= Hydroelastic analysis of rotationally periodic structures

• Auteur / Autrice : Renato Pavanello
• Direction : Rémy Henry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMSt - Laboratoire de Mécanique des Structures, UMR 5514 (Lyon, INSA1968-2003)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Symétrie (physique)

Systèmes mécaniques articulés

Résumé

La multiplicité des sources de vibrations d'origine mécanique et hydraulique dans les turbomachines conduit l’ingénieur a simuler et prévoir le comportement dynamique de leurs composants, et en particulier celui des roues aubées dans le fluide qui les entoure. Ce travail propose une méthode de calcul des fréquences et modes propres de vibration des systèmes couples fluide-structure en symétrie cyclique, telles que les roues de pompes et de turbines hydrauliques pour lesquelles les phénomènes de masse ajoutée sont prépondérants. La méthode des éléments finis est utilisée pour discrétiser la structure et le fluide. Elle conduit cependant à des systèmes matriciels d'ordre élevé qui doivent être réduits avant résolution. Dans ce but, différentes méthodes de réduction de type superposition modale sont développées et leur efficacité respective examinée. Compte tenu de la spécificité des systèmes a symétrie cyclique, on retient une méthode qui associe la théorie de la propagation d'ondes dans les milieux periodiques circulaires a une méthode de sous-structuration a interfaces fixes. Dans ce cas, un seul secteur répétitif (fluide et solide) doit être modélise. La méthode est testée sur des structures représentatives immergées dans l'eau. La concordance entre résultats théoriques et expérimentaux est très satisfaisante. La voie est ainsi ouverte a la modélisation et au calcul des ensembles disques aubes de turbomachines immergées dans un fluide dense.

The large number of possible vibration and noise sources from mechanical or hydraulic origin requires to take into account the whole system in which the hydraulic component is included. In this work a numerical method for modal analysis of rotationally periodic structures (e. G. Hydraulic pump and turbine disks) is presented. Linear vibrations are studied in the low frequency domain, with special attention to added mass effects. A Lagrangian formulation for the structure and an Eulerian formulation for the fluid are chosen. The finite element formulation in terms of fluid pressure and structural displacement results in a large system of equations , which must be efficiently reduced. Three fluid-structure modal reduction methods are checked. To solve rotationally periodic fluid-structure problems, a modal synthesis approach with fixed boundaries in connection with the wave propagation theory is proposed. The computational costs are much lower without loss of accuracy. The method is applied to typical immersed structures and the agreement between theoretical and experimental results is quite satisfactory.