Jauges de contraintes et mesure de moment de flexion

[Floub]

Bonjour,

Je cherche à déterminer le moment de flexion au pied d'un mat d'éolienne à partir d'une mesure de déformation faite par une jauge de contrainte collée au sommet de la tour de l'éolienne.
L'éolienne est ancrée au sol. Elle agit donc comme une poutre encastrée.

J'aimerai savoir si cela est possible de cette manière.

En fouillant sur internet j'ai pu trouver quelques formules et expliquation mais je me pose encore quelques questions notamment sur le fait que je puisse reliée ma mesure de déformation que je vais obtenir avec ma jauge de contrainte à la relation entre contrainte et moment de flexion:

Expliquons un peu les chose:


Contrainte : σ(normale)= ε.E (MPa) ==> Loi de HOOKE

déformation : ε= ∆l/l (µm/m)
E: Module d'Young (MPa)

Or pour moi, la contrainte donnée par la loi de hooke correspond à une contrainte normale.

Quant au moment de fléxion donnée par la relation suivante:

σ(flexion)=M.R/I
M: Moment de flexion = F.l
F: Force appliquée
l: longueur entre le sol et la force
I: Moment quadratique = π(D^2-d^2)/64
R: rayon extérieur du mât (en effet, la tour est creuse)
D: diamètre extérieur
d: diamètre intérieur

Soit σ(flexion)=M.R/I = [M.(D/2).64]/[ π(D^2-d^2)/]


En gros, je me demande si peux considérer que σ(normale)=σ(flexion)

Ce qui me donne à ce moment () là en fonction de la mesure que je réalise:

M(moment de flexion du mat) = ε.E.I/(D/2)

Est ce que cela vous parait il correct?


Merci d'avance,

Quadratiquement vôtre.

Floub'
L
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[DAUDET78]

En haut du mat, il n'y quasiment pas de déformation . En bas, si .

[Yoruk]

Je cherche à déterminer le moment de flexion au pied d'un mat d'éolienne à partir d'une mesure de déformation faite par une jauge de contrainte collée au sommet de la tour de l'éolienne.

Salut et bienvenue sur Futura.

Hmmm... Je ne vois pas comment:
1-ta jauge collée en haut de ton éolienne peut mesurer quelque chose
2-comment associer une mesure de déformation faite en haut du mat (ou à mon avis tu vas avoir du mal à lire des choses) à une mesure en pied ?

Sinon en diagonale tes formules ont l'air OK, si tu négliges les autres contraintes présentes dans le mat de la tour (torsion ? compression due au poids de l'ensemble ?)

PS : Sujet à déplacer en physique ?

PS2 : Grillé par DAUDET78, même avis.

[Floub]

Oui c'est ce que je me disais, je viens de m'en rendre compte... Merci.

Par contre, la totalité de la courbure du mât ne sera pas entièrement pris en compte.

Je peux donc bien utilisé la déformation de la jauge pour le post traitement du moment?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Yoruk]

Le problème d'une jauge de contrainte c'est que pour pouvoir lire quelque chose, (du moins ce que j'ai pu expérimenter à l'époque) c'est de 1-coller ta jauge sur la poutre 2-équilibrer ton pont de mesure 3-mettre la poutre en charge 4-lire la déformation.

En d'autres termes, une jauge ne peut lire une déformation permanente. Il lui faut le stade "en charge" et "non chargée"

[Floub]

En haut du mat, il n'y quasiment pas de déformation . En bas, si .

Je ne comprends pas très bien... La force appliquée à l'éolienne est principalement au sommet du mât (au niveau de la nacelle et des pâles).
Je voulais placer la jauge en haut car Moment = F.l

Le problème d'une jauge de contrainte c'est que pour pouvoir lire quelque chose, (du moins ce que j'ai pu expérimenter à l'époque) c'est de 1-coller ta jauge sur la poutre 2-équilibrer ton pont de mesure 3-mettre la poutre en charge 4-lire la déformation.

En d'autres termes, une jauge ne peut lire une déformation permanente. Il lui faut le stade "en charge" et "non chargée"

Je suppose que j'aurai fait mon calibrage

Cordialement,

[DAUDET78]

La force appliquée à l'éolienne est principalement au sommet du mât (au niveau de la nacelle et des pâles).

Je ne suis pas mécano ..... c'est intuitif !

• Suppose que ton mât est un tube de section constante (pour simplifier)
• Applique une force horizontale en haut (je crois qu'on parle d'une poutre encasrtée)
• Fais la courbe de déformation de ton tube (ça a un nom, je ne sais plus)
• Où est le maximum de déformation ? Une jauge de contrainte ne mesure pas une force ... mais une déformation (due à une force)

[Floub]

Je te remercie,

Je continue mes recherches et ma reflexion.

Je vous tiens au courant sur l'évolution des résultats.

Cela pourrait peut être servir..

Cordialement,

Floub.

[DAUDET78]

Regarde en page 3 le §III 1er ligne du tableau http://moodle.insa-toulouse.fr/plugi...%20flexion.pdf
Le moment de flexion (donc la déformation) est maximale au pied du mât (pour une poutre de section uniforme).

[Yoruk]

[*]Fais la courbe de déformation de ton tube (ça a un nom, je ne sais plus)

La déformée.

[Yoruk]

Le moment de flexion (donc la déformation) est maximale au pied du mât (pour une poutre de section uniforme).

Nan ! La déformation est maximale au point d'application de la force (donc en haut de l'éolienne), mais le moment est maximal au pied, là où les déformations sont nulles ! ("moment d'encastrement !")

[gienas]

Bonsoir à tous

Sauf erreur, il me semble que cette discussion serait mieux placée en technologie, où je vais la déplacer.

[Bounoume]

grr.... les mots sont trompeurs, et la 'déformation' désinforme:
Yoruk, tu parles de "déformation" maximale au sommet du mât (point d'application de la force).
moi je dirais que le déplacement est maximal en ce point (le sommet recule par rapport à la verticale sous l'efffet de la force supposée horizontale)

par contre à la base il n'y a aicun déplacement, mais le mât y subit le maximum de flexion élastique (et ça, en langage profane, j'appelle ça une déformation); c(est juste au-dessus du point d'ancrage que la courbure du mât sera maximale...


Et c'est bien à la base que la jauge collée mesurera la variation de longeur d'un segment vertical du métal de surface sous l'effet de la contrainte...
bonne soirée

[Jaunin]

Bonjour,
Un petit document pour se faire une idée.
Cordialement.
Jaunin__


http://liris.cnrs.fr/~cnriut08/actes/articles/183.pdf

[Yoruk]

@Bounoume -> J'ai relu mon post, effectivement je me suis emmêlé dans le vocabulaire, je plussoie ton post ! La flèche est maximale en haut de mat, et les déformations (mesurables à la jauges) sont maximales en BAS de mat !

[DAUDET78]

et les déformations (mesurables à la jauges) sont maximales en BAS de mat !

Bon je suis rassuré !

Le moment de flexion (donc la déformation) est maximale au pied du mât (pour une poutre de section uniforme).

Je suis pas mécano .... mais ma boule de cristal à de beau reste !

[Zozo_MP]

Bonjour

La jauge ne va beaucoup te renseigner sur le déplacement max en haut.

Si l'éolienne existe et sujette au vent le mieux et encore un mesure laser placée au centre du mat ( à l'intérieur) c'est ce que l'on fait dans les TP pour mesurer les déformations ou simplement pour construire droit le fil à plomb ne pouvant être utilisé pour des histoires d'attractions des parois et l'effet pendule qui circumnanbule bien connu de Monsieur Foucault.

A noter qu'il est possible de faire une simulation PEF sur le modèle théorique.

Attention les mats d'éolienne ne sont pas des tubes mais des tronçons assemblés par boulonnage, ce qui joue sur la rigidité d'une certaine façon et sont généralement coniques du haut jusqu'en bas.

Cordialement

[Floub]

En réalité, l'éolienne n'éxiste pas et le support d'encastrement non plus. Je prépare des specs et un cahier des charges pour l'instrumentation d'une éolienne prototype et de son support.
Il m'est demandé de déterminer le moment du mât. Je cherche donc une technologie de capteur qui me permetterai d'y aboutir.

Si j'ai bien compris et d'après les simulations que j'ai pu faire:
* le déplacement est max en haut de la tour (flèche)
* les contraintes sont max au pied de la tour donc suivant la loi de Hooke: sigma=E.e la déformation e=dl/l est max également
-> Donc bien mesurable à la jauge de contrainte

Le problème que je vois avec les jauges de contraintes est que le vent tourne donc la force appliquée sera également mobile par rapport au mat(fixe) vu que la nacelle (sur rotor) sera quant à elle toujours dirigée face au face au vent.

Merci pour vos explications elles m'éclairent sur certains points.

Cordialement

[Zozo_MP]

Bonjour

Je ne partage pas hélas votre enthousiasme pour les jauges de contraintes en pied de mat. Quand une éolienne est détruite c'est presque toujours au environ du milieu du mat que cela plie (souvent aussi parce que les pales viennent frapper violemment le pylône entrainant sa destruction) idem pour les pylônes à haute tension qui casse rarement à la base. Idem pour les poutres encastrée d'un seul côté. Ce qui est le plus déterminant c'est l'effort dû au rotor en somment de mat. Regardez aussi à quelle hauteur sont effectuées les réparations et la surveillance des criques (micro-fissures sur les mâts ou les pales)

De toute façon il y a quelque chose qui n'est pas limpide dans votre explication un bébé ne peut pas être à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la mère (enfin de ce que j'ai jusqu'à présent). Soit vous êtes dans la conception soit en plus vous devez fournir les moyens de contrôles des calculs théorique, soit vous êtes sur le terrain avec le mat érigé ce qui est un peu tard pour se poser des questions et valider un modèle.

Vous dites :

En réalité, l'éolienne n'éxiste pas et le support d'encastrement non plus.

Donc dans ce cas seule une simulation PEF sur le modèle CAO vous permet de définir ce qui va se passer sur le mat. Un de mes BE sous-traitant passe en revue les pilones de certaines lignes à haute tension dont les conditions de vents ont changés depuis leur construction. Il travaille sur des solutions de renforcement sans démonter les pylônes (notamment les modèles dit Muguet)

Je prépare des specs et un cahier des charges pour l'instrumentation d'une éolienne prototype et de son support.

Si c'est pour savoir ce qui se passe sur la totalité de la hauteur du mat (cf ma remarque de là ou sa pête) seul une mesure de type laser vous permettra de mesurer les déformations sur toute la hauteur.

Il m'est demandé de déterminer le moment du mât. Je cherche donc une technologie de capteur qui me permettrait d'y aboutir.

Si c'est pour un contrôle en exploitation notamment pour des raisons de sécurité et mise en drapeau : il faut dans ce cas répartir les jauges de contraintes un peu sur toute la hauteur. Les jauges ne vous donneront qu'une partie de l'information. Les phénomènes vibratoires sont bien plus importants que la flexion totale. C'est pourquoi les éoliennes ont des systèmes très simples qui font que cela coupe tout dès que la vibration intervient. En tout cas au-delà à d’ un certain seuil, soit légèrement en dessous de la fréquence propres du mat pour éviter les mises en harmoniques ce qui provoque une amplification brutale des vibrations qui sont largement plus destructrices que la seule flexion. Regardez comment se fait le contrôle non destructifs des ailes du nouvel Airbus c'est à la fois des jauges de forces placées sur les principaux chemins d'efforts placé par rapport aux simulations théoriques mais aussi on place volontairement des vibreurs piézo-électrique pour provoque des vibrations générant des potentiellement des harmoniques.

Donc déjà réfléchissez surtout aux tests avant que le mat soit érigé, c'est à dire placé à l’horizontale en atelier ou dehors sur des berceaux et qui doivent valider les calculs théoriques.


Je vous trouve bien optimiste et un presque un peu loin de la réalité quand vous affirmez.

vu que la nacelle (sur rotor) sera quant à elle toujours dirigée face au face au vent.

Regardez les Grandes éoliennes (surtout dans les fermes d'éoliennes) vous en avez qui restent dans la même position pendant des semaines (des années dans la Somme) et ce pour des raisons simples. Sur les petites éoliennes vous avez un gouvernail (comme sur les girouettes) sur les grandes avec nacelle de plusieurs dizaines de tonnes et bien se sont les pales qui mettent le système dans le lit du vent. Sauf que quand le rotor ne tourne pas, et bien elle reste immobile et ne se mettent pas au près serré par rapport au vent. De plus lorsqu'il y un gros orage le sens du vent change brutalement de sens et surtout avec une vitesse qui peut passer de 1 à 10.

Bon ceci n'est que mon point de vue mais j'ai l'impression que vous voulez privilégier une technique à priori qui pourrait se révéler décorrélé du vrai besoin de sécurité (pour moi ce n'est pas adapté ne serais-ce que par la remarque sur les conditions d'utilisation des jauges) si elle était utilisée telle que vous la décrivez sûrement trop brièvement pour que l'on puisse adhérer à votre solution.

Cordialement


PS cela me rappelle une petite histoire amicale qui courait au BE sur Dassault le père fondateur et aussi un cas réel dans l'aviation.

[Floub]

Je vous remercie pour vos commentaires/conseils/avis

Il m'est demandé de déterminer le moment du mât. Je cherche donc une technologie de capteur qui me permetterai d'y aboutir.

Je ne m'arrête pas uniquement aux jauges de contraintes. On m'a demandé de regarder si c'était possible. Maintenant, s'il y a des moyens beaucoup plus efficaces, je suis preneur.
Je suis à la recherche de conseils provenant de personnes beaucoup plus expérimenté que moi qui peuvent m'éclairer et/ou m'aiguiller dans mes recherches.

Je cherche à mesurer le moment du mat à sa base.

[Floub]

Bonjour,

Ne serait-il pas possible de mesurer la force appliquée sur le mat à partir de la vitesse du vent?
Et d'en déduire le moment à la base.

F = 0.5 * massevolumique * (vitesse)² * Section * Cx(coefficient dû à la forme)

Vu que je dispose d'anémomètre sur le mât.

Cordialement,

[cardan]

Bonjour,

Les jauges de contraintes portent un peu mal leur nom car elles mesurent avant tout une déformation et pas une contrainte....les remarques des messages précédents sont pertinentes car une flèche est un déplacement (en mm par exemple) une déformation est un pourcentage donc sans unité...A partir de la loi de Hoocke vous obtiendrez les contraintes en pied de mat à partir des déformations et donc l'effort exercé par le vent sur l'hélice modulo le fait que cet effort est variable car la vitesse du vent est variable (par exemple 80 km/h plus ou moins 10 %). Ce qui laisse comprendre que la déformation va varier à la fréquence de variation de la vitesse du vent, la jauge peut elle suivre des déformations variables et si oui jusqu'à quelle fréquence ?

Après il faut bien réfléchir à l'objet de votre étude: que souhaitez vous faire: déterminer la variation de l'effort de poussée sur l'hélice en fonction de la vitesse du vent ? On peut le faire comme vous le proposer mais comme le mat est conique ça peut être difficile après de partir de la déformation pied de mat pour remonter à l'effort hélice puisque le moment quadratique n'est pas constant et que finalement bien que le mât soit à peu près conique on a pas non plus l'expression analytique de l'évolution du rayon. Pourquoi ne pas placer une jauge sur le boitier de roulements qui reprend l'effort axial de l'hélice et via une commande déportée récupérer cette information en pied de mat ? Du coup vous auriez directement l'effort axial (qui fluctue aussi) mais sans prendre en compte la loi d'évolution de la section du mât que vous n'avez pas.

Cordialement

[Floub]

Bonjour Cardan,

Je ne comprends pas très bien quelques termes techniques dans votre dernière phrase:

Pourquoi ne pas placer une jauge sur le boitier de roulements qui reprend l'effort axial de l'hélice et via une commande déportée récupérer cette information en pied de mat ? Du coup vous auriez directement l'effort axial (qui fluctue aussi) mais sans prendre en compte la loi d'évolution de la section du mât que vous n'avez pas.

Par le boitier de roulements vous voulez parler de la pièce situé au niveau de la tête de l'éolienne qui permet sa rotation pour la mise dans l'axe de ses pales?

Qu'entendez vous par commande déportée?

Cordialement,

[cardan]

Bonjour,

Vous essayez de mesurer l'effort axial développé par l'hélice en fonction de la vitesse du vent en plaçant des jauges sur le mat, bien. Pourquoi pas. Je vous rends simplement attentif au fait que la section du mat est variable et donc son moment quadratique aussi. S'il y a un effort axial sur l'hélice la liaison pivot du guidage de l'hélice le reprendra donc pourquoi ne pas installer une jauge là où se trouve l'effort c'est à dire là où sont les roulements.....en haut du mât dans la nacelle. Il existe après des moyens de récupérer cette information par une liaison numérique à définir puisque bien évidemment vous n'allez pas monter à chaque fois en haut du mât pour récupérer avec un pont de Weasthone les infos concernant les déformations...

un autre exemple: si vous souhaitez connaître le couple en temps réel sur le cardan d'un véhicule qui prend un virage, vous pouvez coller deux jauges sur le cardan (oui je sais...) et récupérer via une petite antenne les infos en temps réel de la déformation des jauges sans avoir à vous déplacer puisque le véhicule....se déplace. Donc pour vous à la conception il s'agirait de placer un capteur tout en haut de la nacelle (là où on monte une fois par an..) et de récupérer les infos en bas du mât avec une liaison déportée, je pense que même pour des jauges ça existe.

Du coup vous aurez l'effort réel qui est variable puisque la vitesse du vent varie toujours mais sans avoir à vous préoccuper de la variation de section du mât.

A bientôt

[Floub]

Je vous remercie sincèrement Cardan, merci pour vos lumières.
Elles me sont très précieuse.
J'y vois déjà plus clair!

Encore merci.