Wireframe modeling of the vibration behavior of overhead conductors for energy transport
Modélisation filaire du comportement vibratoire des conducteurs aériens pour le transport d'énergie
Résumé
The present work aims to develop a model of a sample of overhead conductor under tensile-bending conditions for RTE. This model is to be used within a multi-scale method for the assessment of the remaining lifespan of overhead lines subjected to wind-induced fretting fatigue. The model is based on a quasi-static beam finite element formulation in large rotations. The implementation of the finite element model takes place in a custom finite element library in Matlab® to meet RTE's requirements. Contact interactions between the wires of the conductor are modeled using a small-sliding beam-to-beam contact formulation, which allows efficient modelling of the fretting interactions between the wires while still providing accurate results. Part of this work consists in adapting an existing small-sliding contact formulation for the Eulerian large rotations framework, ensuring frame objectivity and path independence, and in rewriting it using Lagrange multipliers instead of the penalty method to ensure precise enforcement of contact conditions. Special care is paid to the choice of boundary conditions to avoid edge effects that significantly alter the results of the simulation. Finally, the model is verified against analytical solutions and compared with other numerical models using more classical contact large-sliding formulations to ensure its accuracy and robustness.
Le présent travail vise à développer un modèle d'un échantillon de conducteur aérien soumis à des conditions de traction-flexion pour RTE. Ce modèle est destiné à être utilisé dans une méthode multi-échelle pour l'évaluation de la durée de vie restante des lignes aériennes soumises au phénomène de "fretting fatigue" induit par le vent. Le modèle repose sur une formulation éléments finis filaire quasi-statique en grandes rotations. L'implémentation du modèle éléments finis est réalisée dans une bibliothèque éléments finis maison sous Matlab® afin de répondre aux exigences de RTE. Les interactions de contact entre les fils du conducteur sont modélisées à l'aide d'une formulation de contact poutre-poutre en petits glissements, ce qui permet de modéliser efficacement les interactions de "fretting" entre les fils tout en garantissant des résultats précis. Une partie de ce travail consiste à adapter une formulation existante de contact en petits glissements au cadre des grandes rotations eulériennes, en assurant le respect des principes d'objectivité et d'indépendance au chemin, et à la réécrire en utilisant des multiplicateurs de Lagrange à la place de la méthode de pénalisation afin de garantir une prise en compte précise des conditions de contact. Une attention particulière est portée au choix des conditions aux limites afin d'éviter les effets de bord susceptibles de modifier significativement les résultats de la simulation. Enfin, le modèle est vérifié à l'aide de solutions analytiques et comparé à d'autres modèles numériques utilisant des formulations de contact plus classiques en grand glissement afin d'en garantir la précision et la robustesse.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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