Добірка наукової літератури з теми "Turbogénérateurs – Matériaux – Modèles mathématiques"

Le Deep Soil Mixing est une technique d’amélioration de sols dont la part de marché devient non négligeable. Les progrès technologiques dans le domaine permettent aujourd’hui d’envisager la réalisation d’ouvrages permanents. L’utilisation structurelle du matériau sol-ciment n’est cependant pas encore réglementée comme le béton avec l’Eurocode 2, ni validée par un nombre suffisant d’études de durabilité. Ces problématiques ont donc fait l’objet d’un travail de recherche au sein du laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (L2MGC) avec le soutien de la Fédération Nationale des Travaux Publics (FNTP) et de l’entreprise « Spie Fondations ». Cet article présente de manière synthétique le résultat des travaux expérimentaux qui ont été conduits afin de mieux comprendre l’influence des paramètres de formulation et des conditions d’exposition sur le comportement du matériau. L’étude met tout d’abord en évidence le lien entre la conductivité hydraulique du matériau et le diamètre caractéristique des pores. Des relations mathématiques sont ensuite proposées afin d’estimer les propriétés mécaniques du matériau. Puis, les propriétés résiduelles du matériau sont analysées en situation de vieillissement accéléré et à haute température.

Les stators de turboalternateurs sont sujets à des défauts de type court-circuit entre tôles. Ces défauts induisent des points chauds pouvant impacter les performances de la machine, voir entraîner son endommagement irréversible. Dans ce travail, ces courts-circuits, ainsi que les tests utilisés pour en faire le diagnostic, ont été étudiés à l’aide d’une approche par éléments finis 3D en électromagnétisme. L’une des difficultés inhérentes à la modélisation numérique de courts-circuits entre tôles réside dans les facteurs d’échelle mis en jeu (stator, courts-circuits et vernis isolants entre tôles). Une modélisation par éléments finis brute de la géométrie réelle (empilement des tôles, représentation de l’isolant, …) impliquerait un nombre d’inconnues beaucoup trop élevé par rapport aux puissances de calcul disponibles classiquement. Ainsi, des méthodes d’homogénéisation, associées à une méthodologie de choix des zones à homogénéiser, ont été utilisées pour représenter les paquets de tôles. L’approche a été validée à partir de résultats issus d’une maquette d’étude expérimentale, notamment en considérant des défauts sous différentes conditions (position, taille, …). Les deux principaux tests de diagnostic utilisés dans l’industrie ont également été modélisés en présence de ces défauts : le test El Cid, à flux faible, et le test à 80% du flux nominal avec détection thermique. L’étude réalisée montre l’importance de certains paramètres, tels que l’étendue du défaut et les caractéristiques des matériaux, sur les signaux issus des tests. Ceci apparaît notamment au travers de la sensibilité des tests de diagnostic dans ces différentes conditions
Turbogenerator stators are subject to faults such as interlaminar short circuits. These faults induce hot spots which may have an impact on the machine performances, leading in certain cases to irreversible damages. In this work, the short circuits, as well as the most commonly used diagnosis tests, have been studied using a 3D finite element method electromagnetic approach. One of the difficulties inherent in numerical modelling of interlaminar short circuits is to take account of the scale factor between the different parts that are involved in such problem (dimensions of the stator, short circuits and insulating varnish between laminations). A simple finite element modelling of the real geometry (lamination stack, insulation representation…) would imply a much too large number of unknowns regarding the calculation power which is classically available. Thus, in this work, to represent lamination stacks, homogenization techniques have been associated to a methodology to choose the homogenized and non-homogenized (including the fault) zones. The approach has been validated through results from an experimental prototype considering faults under different conditions (position, size…). Moreover, both main diagnosis tests, used in the industry to detect such faults, have also been modelled in the presence of a fault: the El Cid test, at low flux, and the test at 80% of the rated flux with thermal detection. The study which has been carried out shows the importance of certain parameters, such as the fault size and the material characteristics, on the diagnosis test results. This appears in particular through the diagnosis tests sensibility in these different conditions

Récemment, les gestionnaires de réseau et de système de transmission, comme le Réseau européen des gestionnaires de réseau de transport d'électricité (ENTSO-E), mettent en place des réglementations pour étendre la plage de fonctionnement des équipements connectés au réseau électrique. Les principaux objectifs de ces modifications sont : d'augmenter la flexibilité du réseau en le rendant capable de supporter des variations de fréquence et de tension (dues aux modifications de l'équilibre des puissances active et réactive) et de faciliter l'intégration et la production d'énergie renouvelable. Cependant, de nombreux équipements installés et raccordés au réseau n'ont pas été conçus pour être exploités dans ces plages de fonctionnement et leur utilisation dans ces conditions peut avoir un impact négatif sur le cycle de vie des équipements, en particulier dans les turbo-alternateurs.Les grands turbo-alternateurs, utilisés pour la production d'électricité dans les centrales nucléaires et hydroélectriques, sont impactés par ces nouvelles réglementations. Cet impact est particulièrement observé aux extrémités de ces machines électriques où les pertes fer sont susceptibles d'augmenter significativement. Ces pertes peuvent entraîner des échauffements, notamment des points chauds, qui peuvent conduire à la fusion de l’isolation entre les tôles du noyau du stator, provoquant ainsi des courts-circuits et des dommages irréversibles à l'équipement. Afin de pouvoir analyser et limiter l'impact des mécanismes physiques mis en jeu, la société EDF s’appuie sur des simulations numériques tridimensionnelles de la machine électrique pour calculer les pertes pour différents régimes de fonctionnement.Une partie de ce travail a déjà été réalisée au laboratoire L2EP, où le logiciel d'analyse par éléments finis code_Carmel a été adapté pour le calcul des pertes dans le noyau du stator et des pertes joule dans les modèles tridimensionnels. Cependant, la complexité physique des propriétés des circuits magnétiques aux extrémités des turbo-alternateurs doit être prise en compte pour obtenir des résultats fiables. En effet, compte tenu du schéma tridimensionnel du chemin du flux magnétique et des propriétés fortement anisotropes du circuit magnétique en acier électrique à grains orientés (GO), la description des pertes fer nécessite des modèles de matériaux magnétiques anisotropes précis combinés à une modélisation numérique efficace.Dans le cadre de ce travail de thèse, des modèles anisotropes dédiés aux aciers GO, notamment pour décrire la loi de comportement et les pertes fer, ont été étudiés puis implémentés dans un environnement de simulation par éléments finis (FEM) au sein du logiciel code_Carmel. La mise en œuvre a été validée par rapport à des données expérimentales obtenues sur un acier GO de qualité industrielle conventionnelle généralement utilisée dans les turbo-alternateurs. De plus, un démonstrateur expérimental a été développé pour étudier plus finement le comportement magnétique d'un empilement de tôles GO soumis à des excitations de flux magnétique 3D non conventionnelles. Un modèle numérique du démonstrateur expérimental a été développé et étudié, incluant les modèles de matériaux anisotropes, en comparant le comportement global du matériau GO ainsi que les pertes de fer dans l'échantillon d'intérêt.Les résultats montrent que, dans des configurations d'attaque de flux magnétique non conventionnelles, en particulier avec une attaque de flux magnétique normale au plan de laminage, les caractéristiques anisotropes de l’acier GO peuvent influencer la distribution du flux magnétique dans l'empilement de tôles étudié ainsi que les pertes de fer associées. Notamment, et comme attendu, les pertes par courants de Foucault classiques constituent la contribution majeure aux pertes fer dans l’empilement de tôles étudiées
Recently, network and transmission system operators like the European Network of Transmission System Operators of Electricity (ENTSO-E) have started to create regulations to extend the range of operation of the equipment connected to the electrical grid. The main purposes of these changes are: to increase the flexibility of the grid by making it able to withstand variations of frequency and voltage (due to alterations in the active and reactive power balance), and to ease the integration of renewable energy generation. However, many of the installed equipment connected to the grid have not been conceived to be exploited in these operating ranges and their use under these conditions will have a negative impact, especially on the turbo-generators life cycle.Large turbo-generators, used for the generation of electricity in nuclear and hydroelectric power plants, are affected by these new regulations. This impact is especially evident at end-regions of these electrical machines, where the iron losses are likely to increase significantly. These losses can lead to overheating, in particular hot points which can lead to the melting of the insulation layers between the lamination of the stator core, causing short-circuits and irreversible damage to the equipment. To be able to analyze and limit the impact of the involved physical mechanisms, the EDF Company works with tridimensional numerical simulations of the electrical machine to calculate the losses under different regimes of operation.Part of this work has already been realized in the L2EP laboratory, where the finite element analysis software code_Carmel have been adapted for the calculation of core losses and joule losses in tridimensional models. However, the physical complexity of the magnetic circuit properties at the end-regions of turbo-generators must be accounted for, in order to have reliable results. Indeed, considering the tridimensional pattern of the magnetic flux path and the strongly anisotropic properties of the magnetic circuit made from grain oriented electrical steel (GOES), the description of the iron losses requires accurate anisotropic magnetic material models combined with an efficient numerical modelling.In the framework of this PhD work, anisotropic GOES models, related to the behavior law and iron losses, have been studied and successfully implemented in a finite element method (FEM) simulation environment within the software code_Carmel. The implementation has been validated against experimental data achieved on an industrial conventional GO grade typically used in turbogenerators. Also, an experimental demonstrator has been developed to investigate more closely the magnetic behavior of a lamination stack made of GOES under non-conventional 3D magnetic flux excitations. A numerical model of the experimental demonstrator has been developed and studied with the implemented material models by comparing the global behavior of GOES as well as the iron losses in the sample of interest.The results show that under non-conventional magnetic flux attack configurations, especially with a magnetic flux attack normal to the lamination plane, the anisotropic characteristics of the GOES can influence the magnetic flux distribution within the lamination stack and the associated iron losses. In particular, the classical eddy current losses constitute, as expected, the most significant contribution of the total iron losses in the GOES laminations

On cherche a déterminer la loi de comportement de matériaux constitues d'une matrice élastique périodiquement amoindrie par des microfissures. On adopte pour modéliser le contact et le frottement au niveau des fissures les conditions de signorini et la loi de coulomb. La propagation des fissures n'est pas prise en considération. Dans le cadre de l'homogénéisation périodique, une brevet étude thermodynamique permet de voir que la loi homogénéisé est de type standard et dépend d'une infinité de variables internes qui sont les sauts de déplacement tangentiel sur les fissures. On a réalise un logiciel éléments finis adapte a la résolution du problème en deux dimensions. On montre en particulier comment ont été couplées une méthode de résolution des équations de contact et frottement et une méthode de multiplicateurs de Lagrange pour prendre en compte des conditions de périodicité sur la cellule de base. La comparaison de nos résultats avec ceux de différentes méthodes utilisant des solutions en milieu infini ou des approximations polynomiales montre en particulier que le schéma différentiel et la méthode autocoherente n'améliorent pas forcement les résultats par rapport aux méthodes qui négligent les interactions entre fissures telles que la méthode des faibles concentrations. L'influence du frottement est importante sur le comportement local (en particulier, le frottement peut bloquer le glissement) mais ne semble pas se retrouver pour des chargements usuels lorsqu'on passe a la moyenne et est donc négligeable sur le comportement global

Ce travail est une contribution a l'etude et au perfectionnement des algorithmes de lmgc, logiciel de mecanique gerant le contact, dans sa version destinee a l'etude des materiaux granulaires, visant a une meilleure appreciation de la qualite des resultats fournis. Ce travail contient aussi des resultats de simulation numeriques de quelques phenomenes se produisant dans les materiaux granulaires. Le premier chapitre est consacre a une etude bibliographique. Dans le deuxieme chapitre on expose le probleme dynamique d'une collection de disques rigides en presence de contact et de frottement, ainsi que la methode de resolution numerique. Les lois de contact adoptees sont les conditions unilaterales de signorini, les lois de choc a coefficient de restitution, et la loi de frottement de coulomb. Au troisieme chapitre, on s'est interesse au comportement statistique d'une colonne de billes au-dessus d'un plan horizontal vibrant verticalement, pour differentes valeurs de l'amplitude, de la frequence, et du coefficient de restitution. Enfin dans le dernier chapitre un essai de compression biaxiale d'un materiau de schneebeli est simule numeriquement. On etudie le comportement global du materiau de schneebeli est simule numeriquement. On etudie le comportement global du materiau en relation avec les lois de contact intergranulaires. Des comparaisons avec d'autres programmes de calcul ou avec des experiences ont ete effectuees

En français : Les compresses, pâtes humides appliquées sur un matériau poreux pour éliminer les sels, sont utilisées pour conserver le patrimoine architectural. Les mécanismes de transport de l'eau et des ions lors du dessalement ont été étudiés pour améliorer son efficacité. La cristallisation de chlorure de sodium dans des échantillons poreux modèles (frittés de billes de verre) a été entreprise pour maîtriser le processus de salage artificiel. Des compresses de kaolin, cellulose, granulat et eau ont été caractérisées pour étudier la relation entre formulation et propriétés. Des expériences de dessalement ont finalement été menées. L'imagerie par résonance magnétique nucléaire a permis d'obtenir la distribution spatiale de l'eau dans les différents éléments de manière non destructive. L'efficacité du dessalement est liée au comportement au séchage des systèmes qui dépend en partie de la microstructure du matériau. Le séchage du matériau avant la compresse semble conduire à la meilleure efficacité
En anglais : Poultices, wet adhesive pastes applied to porous materials to draw out salts, are used in the in situ conservation of built heritage. This study aims to better understand the mechanisms of water and ion transport during desalination to improve its efficiency. Sodium chloride crystallization in laboratory-made model porous samples (sintered glass beads) was carried out to master the artificial salting process. Poultices made of kaolin, cellulose, aggregates, and water were characterized to investigate the relationship between their formulation and their properties. Finally, desalination experiments were conducted. Nuclear magnetic resonance imaging was used throughout the studies to obtain the spatial distribution of water in the different elements non-destructively. Desalination efficiency is related to the system drying behavior which, in turn, depends partly on the material microstructure. Drying of the material before the poultice seems to lead to greater desalination efficiency

L'homogénéisation classique par un milieu de Cauchy a rencontré de nombreux succès dans l'étude des matériaux hétérogènes. Elle connaît toutefois des limites lorsque le chargement macroscopique appliqué varie sur des longueurs qui sont de l'ordre de la taille des hétérogénéités en présence. C'est notamment le cas en présence de forts gradients de sollicitation, par exemple lors de la flexion de matériau sandwich. L'objectif de l'homogénéisation par des milieux continus généralisés est de remédier à ces limitations et d'étendre la validité de l'approche continue au--delà de l'hypothèse stricte de séparation des échelles. Il y a eu beaucoup d'avancements pendant les 10 dernières années dans le même domaine de recherche. Les contributions développent essentiellement la modélisation multi-échelle des matériaux par le modèle du milieu de Cosserat (ou milieu micropolaire), du milieu du second-gradient, du milieu à couples de contraintes et récemment du milieu micromorphe. La modélisation multi-échelle est réalisée par plusieurs méthodes: soit avec la technique numérique de moyenne sur un VER, soit avec des méthodes de développements asymptotiques, soit par des méthodes plus empiriques. Ma contribution suit la technique d'utilisation des moyennes des champs locaux, avec l'intention de chercher une méthode pas trop lourde mais systématique pour modéliser les matériaux composites par un milieu continu généralisé. La motivation de cette méthode est sa bonne applicabilité à toute micro-structure, et aussi d'être applicable relativement simplement au comportement non--linéaire (comportement élasto-plastique)
Standard homogenization with Cauchy medium has got many successes in heterogeneous material study. However, it is limited when the characterised length of applied macroscopic loadings is at the same order of material's heterogeneities; in particular in case of grand gradient solicitation, for instance in sandwich bending case. The homogenization with generalized continua is then necessary to overcome these limits and extend the validation of homogenization approach out of strict scale separation condition. There are recently much progression in this domain; the contributions have developed mainly material multi-scale modelling by Cosserat (or micropolar) medium, by second gradient medium, by couple-stress medium and recently by micromorphic continuum. There is many methods for multi-scale modelling an heterogeneous material : computational average on RVE; asymptotic developement method or empirical methods. My contribution follows the local fields average technique, with the purpose of looking for a new method which is not so complicated but systematically enough for modelling composite material by generalized continuum media. Motivation of this method is its good applicability to any micro--structure, and also relatively simple to apply non-linear behavior (elasto-plastic behavior)