MQ19
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Analyse dynamique d’une éolienne
offshore
Mardi 16 juin 2015
MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshor...
MQ19 Sommaire
2MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
1) Présentation du modèle
2) Etude des modes propres...
MQ19 1) Présentation du modèle
3MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
 Modélisation du mât de l’éolienne...
MQ19 1) Présentation du modèle
4MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
 Modélisation de la mer
 Masse li...
MQ19 2) Etude des modes propres
5MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
Mode 1 Mode 2
modes dans le plan X...
MQ19 2) Etude des modes propres
6MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
Mode 1 Mode 2
 Les fréquences F5,...
MQ19 3) Réponse statique
7MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
Ω (tours/min) Ω (rad/s) λ Cv Fv (N)
1 0,1...
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MQ19 4) Réponse transitoire dynamique
17MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
Modèle Matlab Modèle Abaqus
MQ19 4) Réponse transitoire dynamique
18MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
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19MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
ConfigurationA Configuratio...
MQ19 4) Réponse transitoire dynamique
20MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
MQ19 4) Réponse transitoire dynamique
21MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
MQ19 4) Réponse transitoire dynamique
22MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
MQ19 5) Réponse harmonique
23MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
 Etude effectuée pour des vitesses
du...
MQ19 5) Réponse harmonique
24MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
MQ19 5) Réponse harmonique
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éolienne offshore – P15
MQ19 5) Réponse harmonique
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MQ19 5) Réponse harmonique
27MQ19 – Analyse dynamique d’une
éolienne offshore – P15
ConfigurationA ConfigurationB Configur...
MQ19 5) Réponse harmonique
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éolienne offshore – P15
MQ19 6) Conclusion
29MQ19 – Analyse dynamique d’une
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 Ne pas utiliser les éléments « tapered » d’A...
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  1. 1. MQ19 Projet 1 Analyse dynamique d’une éolienne offshore Mardi 16 juin 2015 MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 CONIGLIO Simone GSM04 GUSSE Charlotte GSM05 PISCINI Lorenzo GM04
  2. 2. MQ19 Sommaire 2MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 1) Présentation du modèle 2) Etude des modes propres 3) Réponse statique 4) Réponse transitoire dynamique 5) Réponse harmonique 6) Conclusion
  3. 3. MQ19 1) Présentation du modèle 3MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15  Modélisation du mât de l’éolienne à l’aide d’éléments de poutre  Eléments constants pour la fondation  Eléments variables pour la tour  Modélisation du rotor (ensemble {nacelle+ pales}) à l’aide d’une masse ponctuelle située en haut du mât  Masse 285 𝑡  1,5882 ∗ 1010 𝑘𝑚. 𝑚2  Matériau: acier  Module de Young 210 000 𝑀𝑃𝑎  Coefficient de Poisson 0,3  Masse volumique 9 ∗ 10−9 𝑡. 𝑚𝑚−3
  4. 4. MQ19 1) Présentation du modèle 4MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15  Modélisation de la mer  Masse linéique : 0,03 𝑡. 𝑚𝑚−1  Modélisation de la couche C1 de sol  Masse linéique : 0,0269 𝑡. 𝑚𝑚−1  Raideur pour 2 nœuds : 60 ∗ 103 𝑁. 𝑚𝑚−1  Raideur pour 3 nœuds : 40 ∗ 103 𝑁. 𝑚𝑚−1  Modélisation de la couche C2 de sol  Masse linéique : 0,0269 𝑡. 𝑚𝑚−1  Raideur pour 2 nœuds : 525 ∗ 103 𝑁. 𝑚𝑚−1  Raideur pour 3 nœuds : 350 ∗ 103 𝑁. 𝑚𝑚−1
  5. 5. MQ19 2) Etude des modes propres 5MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 Mode 1 Mode 2 modes dans le plan XY modes dans le plan XZ modes de traction-compression Configuration A Configuration B Configuration C Fréquences propres (Hz) Présence des 2 couches de sol sur 45 m Présence d’une seule couche de sol sur 30 m Encastrement seul à la base de la fondation F1 0,20506 0,20499 0,20439 F2 0,25327 0,24118 0,20498 F3 0,81574 0,81153 0,7972 F4 1,2484 1,1232 0,81057 F5 2,4642 2,4465 2,1778 F6 2,6208 2,515 2,4372 F7 4,4934 4,3679 3,8168 F8 4,6677 4,6342 4,5865 F9 5,3065 5,2616 5,24 F10 6,3426 6,2303 5,7357 F11 6,4276 6,412 6,4047 F12 7,8211 7,8083 7,7274 F13 9,0742 9,0258 8,8335 F14 11,133 11,046 10,999 F15 11,213 11,15 11,021 Matlab Abaqus 3 nœuds Abaqus 5 nœuds Matlab Abaqus 3 nœuds Abaqus 5 nœuds F1 0,252 0,253 0,25085 0,241 0,241 0,23776 F2 1,4553 1,2484 1,21 1,20 1,12 1,08 Configuration A Configuration B Présence des 2 couches de sol sur 45 m Présence d’une seule couche de sol sur 30 mFréquences propres (Hz)
  6. 6. MQ19 2) Etude des modes propres 6MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 Mode 1 Mode 2  Les fréquences F5, F7 et F9 sont des modes de traction-compression
  7. 7. MQ19 3) Réponse statique 7MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 Ω (tours/min) Ω (rad/s) λ Cv Fv (N) 1 0,1047 0,468 0,005 8,43E+03 2 0,2094 0,936 0,019 3,24E+04 3 0,3142 1,404 0,042 7,00E+04 4 0,4189 1,871 0,072 1,19E+05 5 0,5236 2,339 0,107 1,79E+05 6 0,6283 2,807 0,148 2,47E+05 7 0,7330 3,275 0,193 3,22E+05 8 0,8378 3,743 0,241 4,02E+05 9 0,9425 4,211 0,292 4,87E+05 10 1,0472 4,679 0,344 5,75E+05 11 1,1519 5,146 0,398 6,64E+05 12 1,2566 5,614 0,452 7,55E+05 13 1,3614 6,082 0,506 8,45E+05 14 1,4661 6,550 0,560 9,34E+05 Configuration A Configuration B Configuration C Fréquences propres (Hz) Présence des 2 couches de sol sur 45 m Présence d’une seule couche de sol sur 30 m Encastrement seul à la base de la fondation Umax [m] 1,033 1,122 1,45 σ max VM [MPa] 107,2 107,2 107,2
  8. 8. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 8MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  9. 9. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 9MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  10. 10. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 10MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  11. 11. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 11MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  12. 12. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 12MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  13. 13. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 13MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  14. 14. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 14MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  15. 15. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 15MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  16. 16. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 16MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  17. 17. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 17MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  18. 18. Modèle Matlab Modèle Abaqus MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 18MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  19. 19. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 19MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 ConfigurationA ConfigurationB ConfigurationC Présencedes 2couches desolsur45m Présenced’uneseule couchedesolsur30m Encastrementseulàla basedelafondation U(m) 1,2 1,5 3 σ maxVM[MPa] 107 120 161
  20. 20. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 20MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  21. 21. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 21MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  22. 22. MQ19 4) Réponse transitoire dynamique 22MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  23. 23. MQ19 5) Réponse harmonique 23MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15  Etude effectuée pour des vitesses du vent variant entre 0 et 30 m/s, soit une plage de fréquences de 0,13 à 0,42 Hz Configuration A Configuration B Configuration C Présence des 2 couches de sol sur 45 m Présence d’une seule couche de sol sur 30 m Encastrement seul à la base de la fondation F (Hz) 0,264 0,254 0,220 U (mm) 194,5 274,5 774,5 V (mm/s) 323,2 418,2 1069 A (mm/s^-2) 517,7 700,1 1478
  24. 24. MQ19 5) Réponse harmonique 24MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  25. 25. MQ19 5) Réponse harmonique 25MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  26. 26. MQ19 5) Réponse harmonique 26MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  27. 27. MQ19 5) Réponse harmonique 27MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15 ConfigurationA ConfigurationB ConfigurationC Présencedes 2couches desol sur45m Présenced’uneseule couchedesol sur30m Encastrementseul à la basedela fondation F(Hz) 0,264 0,24 0,220 U(mm) 225 320 905 V(mm/s) 350 477 1180 A(mm/s^-2) 527 710 1490
  28. 28. MQ19 5) Réponse harmonique 28MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15
  29. 29. MQ19 6) Conclusion 29MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15  Ne pas utiliser les éléments « tapered » d’Abaqus pour les poutres à section variables, un discrétisation des poutres à section constantes est préférable  Etant donné que les contraintes maximales sont obtenues à la discontinuité entre la tour et la fondation, il faudrait faire des analyses plus poussées au niveau de cette zone (modèle de coque ou volumique)  La confrontation des modèles Abaqus/Matlab a permis de s’assurer de la cohérence des résultats obtenus et de corriger les erreurs de chacun de ces modèles  Un meilleure modélisation consisterait à:  Prendre en compte la déformabilité des pales  Prendre en compte le vent et la houle en même temps  Prendre en compte les couplages fluide-structure
  30. 30. MQ14 Merci de votre attention  30 Questions ? MQ19 – Analyse dynamique d’une éolienne offshore – P15

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