Modélisation des pylônes avec Code Aster · – Calcul des efforts généralisés dans les sections boulonnées (Aster) – Calcul des efforts exercés sur chaque boulon (Macro

16 mars 2006 EDF R&D1

Modélisation des pylônes avec Code_Aster

Laure PELLET

Bernard RIOU

R17 (Coordination Électrique et Mécanique des Ouvrages)

Christophe PEYRARD

Thomas DE SOZA



1. État actuel et évolutions nécessaires

2. La dynamique

3. Le post-élastique

4. Les assemblages boulonnés

5. Les pylônes architecturés



Interface Everest :

Modélisation EF



Bonne connaissance du transit d’effort dans un pylône

Modélisation à l’aide d’Everest

+ Poutres multi-fibres de Code_Aster


1. L’évolution des besoins RTE

Politique de sécurisation de RTE � pylône anti-cascade

Charge de dimensionnement forfaitaire

Charges réelles?

Modélisation de la chute d’un pylône

Calcul de ligne avec chute d’un pylône

Charge sur pylônes adjacents

Post-élastique

Dynamique

Liaisons boulonnées


2. Effets dynamiques sur les pylônes

Rupture d’un conducteur

statiques

Efforts

dynamiques


Effort Dynamique et réglementation actuelle pour le cas de rupture de conducteur

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

2,00

E-02

1,00

E-01

1,80

E-01

2,60

E-01

3,40

E-01

4,20

E-01

5,00

E-01

5,80

E-01

6,60

E-01

7,40

E-01

8,20

E-01

9,00

E-01

9,80

E-01

1,06

E+001,

14E+00

1,22

E+001,

30E+00

1,38

E+001,

46E+00

1,54

E+001,

62E+00

1,70

E+001,

78E+00

1,86

E+001,

94E+00

2,02

E+002,

10E+00

2,18

E+00

Temps en secondes

Effo

rt e

n N

Effort dynamique

0,7 Ti


Effort dynamique sur le pylône adjacent

Tension câble

Effort résiduel



Pylône complet + Efforts dynamique � Efforts transmis aux fondations

STAT_NON_LINE DYNA_NON_LINE

-1,E+05

-5,E+04

0,E+00

5,E+04

1,E+05

2,E+05

2,E+05

3,E+05

3,E+05

2,E-0

22,E

-01

4,E-0

16,E

-01

8,E-0

11,

E+00

1,E+00

1,E+0

02,

E+00

2,E+0

02,

E+00

2,E+0

02,

E+00

3,E+0

03,

E+00

3,E+0

03,

E+00

3,E+0

04,

E+00

4,E+0

04,

E+00

4,E+00

4,E+0

05,

E+00

5,E+0

05,

E+00

5,E+0

05,

E+00

6,E+0

06,

E+00

6,E+0

06,

E+00

6,E+0

07,

E+00

7,E+0

07,

E+007,

E+00

7,E+0

08,

E+00

8,E+0

0

DYNA

STAT



0

2000000

4000000

6000000

8000000

10000000

12000000

14000000

16000000

18000000

0 1 1 2 3 4 4 5 6 6 7 8 8 9 10 10 11 12 12 13 14 14 15 16 17 17 18 19 19 20 21 21 22 23 23 24 25

frequence en Hz

Am

plitu

deAnalyse spectrale des efforts

� Prise en compte des effets dynamique indispensable en cas de chargement brutal (rupture conducteur, décharge de givre, …)




2. La dynamique






?

Que se passe-t-il après le début de la plastification / flambement

� Ruine ?


3. Le Post-élastique - Opérateurs testés

1

POU_D_T_GD

Calcul grands déplacements

2

POU_D_TGM + PETIT_REAC

Calcul en plasticité(approximation des grands déplacements)

STAT_NON_LINE


3. Le Post-élastique - Opérateurs testés

Structure test

+ pré-déformation

� initier le flambement

A

B

C D

E

F

F

MODE_ITER_SIMULT

+CREA_CHAMP + MODI_MAILLAGE

10-3


3. Le Post-élastique

Premiers résultats obtenus (POU_D_T_GD)

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

NEF

NBF

NBC = NCD = NDE

NAE

NABNBD

NCE

A

B

C D

E

F

F

Efforts dans les barres

ChargementFlambement barre EF

Fc



Premiers résultats obtenus

1 POU_D_T_GD

� robuste mais ne permet pas la modélisation de la plasticité

2 POU_D_TGM + PETIT_REAC

� plasticité progressive observée mais difficulté de convergence

développement d’un nouvel élément



Développements envisagés

POU_D_TGM+ cinématique GREEN_GR

� Traitement des problèmes de plasticité en Grandes Rotations

� Application à d’autres domaines que les pylônes (charpente métalliques…)




2. La dynamique






� Ils représentent les conditions limites � flambement

� Ils sont le siège de l’amortissement � dynamique

� La raideur des assemblages influence la descente de charge



Modèle actuel � raideur forfaitaire dans les liaisons boulonnées

(plasticité, frottement, contact,…)

Évolution de l’outil Everest

modélisation fine des assemblages boulonnés

Collaboration CEMEF

élaborer un modèle simplifié



4.1. Identification du comportement exact d’un assemblage boulonné

Modélisation fine 3D : �jeu,

�contact,

� frottement,

� plasticité.



4.2. Validation par rapport à des essais antérieurs


4.3. Développement d’un élément équivalent dans ASTER

Paramètres de l’élément : données physiques (jeux, serrage, coefficient de frottement, …)


-10000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

110000

0 0.5 1 1. 5 2 2.5 3

Dép lace men t (mm )

Effo

rt (

N)

ELEMENTS DE

CONTACT

ELEMENT EQUIVALENT

Poutre + Discret



4.4. Implantation dans EVEREST � fin 2006

(choix pour l’utilisateur des différents paramètres de boulonnage)

Sensibilité du calcul aux paramètres.

� OTM juin 2007 : qualification numérique des supports (sans essais) ?

forte mise à contribution des modèles développés dans Aster (dérivé partielle…)



Concours d’architectes 1994-95

� meilleure acceptabilité des lignes lors des débats publics

Reprise d’une modélisation ancienne mise à jour

Étude inhabituelle par son aspect automatisation du post-

traitement


5. Les pylônes architecturés : le Fougère (RFR)


5. Les pylônes architecturés : le Roseau (Mimram)


5. Les pylônes architecturés : Objectifs

Besoin du client : élargir l’implantation des pylônes

� Être capable de connaître rapidement le taux de travail d’un support pour un cas de charge donné

Réponse proposée� Domaine d’utilisation en fonction des VHL (efforts sur le pylône)

V

H

L

Chargement acceptable (dans domaine) τ < 1

Chargement inacceptable (hors domaine) τ > 1

Frontière (τ = 1)

τ = taux de travail


5.1 Maillage

MIMRAM (raidisseur platine – tubes niveaux 7 bis)

235 000 nœuds

238 000 éléments


5.1 Maillage

MIMRAM (jonction bras - platine)


5.1 Maillage

RFR

11 259 nœuds

15 863 éléments


5.1 Validation

Comparaison aux essais effectués à Sens

Support RFR

Déplacement sur un point d’accrochage

-24

-42

-52

Uz

112

3

-6

Uy

-19

-34

-42

Uz

68

2

-1

Uy

-31

-44

-53

Uz

109

1

-1

Uy

-16-5-18Givre02

-27-11-22Haubanage total

-40-18-30A

UxUxUxHypothèse

Modèle

mis à jour

Modèle

existant

Essais


5.2 Critères de tenue (taux de travail)

1- Plasticité

� Pas de dépassement de la limite élastique τ=σVM/σE

Calcul de la contrainte équivalente de Von Mises.



2- Flambement

� pas de dépassement de la charge critique

MODE_ITER_SIMULT

Cas du Mimram :

• 7h CPU

• 12Go requis (week-end)

• Arguments : -max_base 50000

• λ = 4 (1er mode)

(La charge critique vaut 4 fois la charge nominale)

τ=1/λ



3- Boulons

� pas de dépassement des efforts admissibles

– Calcul des efforts généralisés dans les sections boulonnées (Aster)

– Calcul des efforts exercés sur chaque boulon (Macro Excel)

cisaillement et traction

– Calcul des efforts admissibles (Norme)

→→→→ Taux de travail des boulons (Macro Excel)

Centre de

réduction des

efforts

1 22 2ni i

N y xF Mf Mf

n y x= + +

∑ ∑

)()( 222

22

∑+ +

∑−=

i

ziy

i

zixtr a

MxnF

aMy

nFF

τ=F/Fadm


5.3 Automatisation

Modélisation de référence

Maillage

Fichier de commandes Aster

Résultats

Plans d’expérience

Descriptif des chargements -Chargement 1 � Fx, Fy, Fz -… - Chargement N � Fx, Fy, Fz

Shell script

Commandes (Chgt 1)

Résultats 1

Commandes (Chgt n)

Résultats n

Commandes (Chgt 2)

Résultats 2 Shell script

Flbt 1 Contraintes 1 Efforts 1

Flbt n Contraintes n Efforts n

Copie sous Windows

Macro Excel

N calculs sur la machine centralisée Aster

Indice Chgt V H L ττττplast. ττττboul. ττττflbt Chgt 1 x y w p% b% f% Chgt 2 …

PATATOIDES

…

…

…

Interpolations linéaires ou quadratiques

V

L

H

ττττmax=1


5.4 Domaine d’utilisation

Interpolation : On procède par « quartier » de l’espace

V et par mode de ruine

H

On interpole les taux obtenus par une fonction quadratique / linéaire :

Recherche d’une bonne

précision au voisinage de 1

bHLmVLmVHmLmHmVmLmHmVmLHV +++++++++= 9872

62

52

4321),,(τ

τ1τ2

τ=1


5.4 Représentation graphique

Linéaire

Courbe L fonction de H à V donné

-30000

-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

-90000 -80000 -70000 -60000 -50000 -40000 -30000 -20000 -10000 0

H (N)

L (N

)

-15kN-25kN-30 kN

LHV


Conclusions

Plusieurs chantiers entrepris

• Dynamique• Post-élastique• Assemblages boulonnés

� modélisation toujours plus réaliste des structures treillis.

� développements bénéfiques à la communauté Aster.

� promotion du Code_Aster (auprès des partenaires).

Documents

Modélisation des pylônes avec Code Aster · – Calcul des efforts généralisés dans les sections boulonnées (Aster) – Calcul des efforts exercés sur chaque boulon (Macro