Introduction

La géométrie n'est pas compliquée à réaliser et ne sera pas détaillée. Le plus important est la réduction de la géométrie et son optimisation :

• Définition du problème.
• Réduction de la géométrie.
• Validation.

Puis :

• Simulations.
• Fichiers.

La pratique tend à prouver que l'évidement dun rotor peut contribuer à sa meilleure fiabilité. Cela passe par une diminution des contraintes en certaines parties; il faut cependant être attentif à l'augmentation de celles-ci ailleurs.
Le plus important est la réduction de la géométrie et son optimisation :
Une partie annexe de la modélisation consiste à réduire la géométrie afin de réduire le temps de calcul.

Définition du problème

1. Unité de longueur en "Millimeters".
2. Formulation : "plain strain" (le problème étant considéré d'épaisseur non négligeable).
3. L'épaisseur du problème (axe Z) est définie par la classe du modèle (Plane-parallel), ce qui permet de définir une épaisseur de 10 mm.
4. Pour le bloc "rotor", les caractéristiques sont celles d'un acier courant. La définition de la force centrifuge est donnée par la formule ci-dessous. "8000" étant la masse volumique et "10000" la vitesse en t/mn.
5. Le rotor est fixé sur l'arbre sans jeu (edge "arbre").

Caractéristiques du rotor (charges).

Définition de la géométrie (complète)

1. Après avoir ouvert le problème "rotor_complet.pbm", sélectionner "Edit Geometry" montre la géométrie complète du rotor.
2. Tracer un cercle de diametre 50 mm de centre (0,0).
3. Tracer un cercle de diametre 10 mm de centre (0,0), on y impose les conditions limites.
4. Tracer 24 cercles de diametre 4 mm espacés de 15° sur un rayon de 20 mm.

• Notes :

• L'existence de parties sans matière peut être est due au passage de conducteurs la nécessité d'une inertie optimisée, d'un refroidissement par air. Comme le montre le problème "rotor_plein.pbm", les contraintes dans un rotor plein sont bien moindre.

Rotor complet avec les évidements.

Définition de la géométrie (réduite)

1. Par symétrie, on réduit le rotor à un angle de 15°.
2. Les conditions limites sont ajoutées sur les rayons extérieurs.

Géométrie réduite du rotor.

Validation

Pour valider la réduction de géométrie, un contour est défini sur lequel on compare les valeurs obtenues pour le critère de von Mises.

Le contour est défini sur un rayon commun à tous les modèles, puis les résultats sont exploités avec le logiciel TkFab®.

Contour utilisé pour la validation.

1. La valeur du critère de von Mises pour le design avec les cavités est toujours inférieure à celle trouvée pour le rotor plein. Le point de mesure est le vertex "sensor 1" (voir ci-dessous).
2. Le modèle de rotor réduit (obtenu par symétrie) a bien les mêmes valeurs que pour le rotor complet, les différences numériques (4% maximum) étant dues au maillage, plus précis pour une géométrie plus petite à nombre de noeuds similaires. .
3. Après cette vérification, la suite de l'étude consiste à faire une étude paramétrique avec LabelMover.

Valeurs du critère de von Mises sur le contour.

Simulations

A partir du modèle simplifié, la cavité est déplacée sur l'axe des X en cherchant à miniser la valeur du critère de von Mises. Le travail s'effectue en "sensor 1", voir figure ci-dessous.

Définition de l'optimisation géométrique.

Les trois autres points permettront de vérifier que les contraintes n'augmentent pas ailleurs. Enfin, la position de l'évidement ayant été trouvé (déplacement de +2 mm environ), le design est modifié pour relever les contraintes sur le contour de validation, pour comparaison.

Fichiers

• Téléchargement : Fichiers Pro (nbre de noeuds selon design)  (500 Ko)

• Il y a quatre designs, le fichier définissant le contour rotor.sst et le fichier propre à LabelMover (rotor_reduit.qva):

• rotor_plein.pbm : rotor non allégé.
• rotor_complet.pbm : rotor allégé, non optimisé.
• rotor_reduit.pbm : rotor simplifié par symétrie pour l'étude paramétrique.
• rotor_optimise.pbm : rotor optimisé.