Détermination des fréquences naturelles de structures submergées par la méthode d'intéractions fluide-structure bidirectionnelle

La présente recherche vise l'évaluation de la viabilité d'utilisation d'une méthode numérique récemment rendue disponible dans un logiciel commercial pour la prédiction du comportement dynamique de roues de turbine hydraulique en fonctionnement au stade de conception. Contrairement aux méthodes de prédiction classiques, cette méthode temporelle intégrant la simulation des interactions fluide-structure permet d'inclure l'effet de l'écoulement, de la turbulence et de la viscosité du fluide agissant sur le comportement dynamique de la roue. À cet égard, une prédiction plus juste permet d'assurer une fiabilité accrue de cette composante essentielle à la génération d'hydroélectricité. L'objectif principal de la recherche est la validation de la méthode numérique proposée pour la prédiction du comportement dynamique de structures submergées. Cette méthode fait intervenir deux solveurs distincts. Le premier résout le système associé au domaine structurel et le second, le système associé au domaine fluide. La résolution est réalisée de façon séquentielle et le transfert de données d'échange assure le couplage. Pour valider cette façon de faire, une méthodologie est d'abord développée à partir des fonctions logicielles disponibles. Dans un premier temps, celle-ci est appliquée à des cas test faisant intervenir des structures submergées dans l'eau stagnante dont les fréquences naturelles sont connues pour fin de validation. Aucun écoulement moyen n'est donc impliqué. Aussi, leur géométrie est simple et permet une mise en oeuvre relativement aisée. Par la suite, la méthodologie est appliquée à la prédiction des fréquences naturelles d'une roue de turbine en fonctionnement. Ce cas de figure intègre les effets associés à l'écoulement. La méthode numérique utilisée permet de réaliser des simulations temporelles exclusivement. La méthodologie envisagée est donc restreinte à cette contrainte. Concernant les cas test en eau stagnante, un déplacement initial est imposé à la structure puis elle est libre de vibrer dans le fluide. L'analyse du déplacement d'un point attaché à la structure en vibration libre dont l'amplitude est significative permet de déduire les fréquences naturelles des modes excités. Cette analyse consiste en l'ajustement d'un modèle simple de sinusoïdes amorties au signal brut provenant du logiciel. Les fréquences naturelles sont des paramètres directement déterminés lors de l'ajustement.