Modélisation locale des conditions d'endommagement aux pinces de suspension des conducteurs de lignes de transport électriques : une approche intégrée à une stratégie d'analyse multi-échelle

Kared, Liticia (2024). Modélisation locale des conditions d'endommagement aux pinces de suspension des conducteurs de lignes de transport électriques : une approche intégrée à une stratégie d'analyse multi-échelle. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les conducteurs des lignes aériennes de transport électrique sont exposés en permanence aux charges climatiques, notamment aux vibrations éoliennes qui mènent à un chargement cyclique en flexion aux pinces de suspension. En raison de la géométrie toronnée des conducteurs, cela conduit à des mécanismes d’endommagement en fretting aux interfaces de contact. Ce mode de dégradation est complexe et peut, sous certaines conditions, mener rapidement à l’initiation de fissures dans les brins du conducteur, pour se propager ensuite jusqu’à sa rupture complète. L’identification et la prévention de cet endommagement sont donc l’un des principaux défis afin d’évaluer avec une plus grande précision la durée de vie résiduelle des conducteurs.

Bien que plusieurs études expérimentales aient été menées sur les conducteurs, une prédiction raffinée de leur durée de vie nécessite une description détaillée des champs de contrainte aux zones de contact critiques que peuvent fournir les méthodes numériques. Ce travail de recherche porte alors sur le développement d’un modèle numérique par éléments finis visant à mieux décrire les conditions locales d’endommagement des conducteurs selon une approche de modélisation multi-échelle.

L’approche proposée exploite d’abord un modèle numérique global d’un système pinceconducteur afin de caractériser les conditions de chargement locales, et les mettre en lien avec les sollicitations externes typiques des vibrations éoliennes. Ensuite, une nouvelle stratégie de modélisation à l’échelle du brin est développée pour les interfaces de contacts entre le conducteur et la pince de suspension, l’analyse globale les ayant révélés plus critiques. La modélisation locale proposée permet de décrire les champs de contraintes aux contacts tout en tenant compte de la géométrie toronnée et du chargement multiaxial en zone critique. Il est alors possible d’appliquer des critères d’endommagement adéquats pour la prédiction de la durée de vie des conducteurs. Ces résultats de modélisation sont appuyés par des tests expérimentaux de fatigue sur conducteur ACSR Bersfort installé dans une pince de suspension métallique.

Titre traduit

Numerical local modeling of damage conditions of overhead conductor in the vicinity of suspension clamps: an intergrated approach of multi-scale analysis strategy

Résumé traduit

Overhead conductors of power transmission lines are constantly exposed to climatic loads, particularly Aeolian vibrations, which lead to cyclic bending loads at the suspension clamps. Due to the stranded geometry of the conductors, this leads to fretting damage mechanisms at the contact interfaces. This mode of degradation is complex and can, under certain conditions, rapidly lead to the initiation of cracks in the conductor strands, then propagate to complete failure. Identifying and preventing this damage is therefore one of the main challenges in assessing the residual life of conductors with greater precision.

Although several experimental studies have been carried out on conductors, a refined prediction of their service life requires a detailed description of stress fields at critical contact zones, which numerical methods can provide. This research work therefore focuses on the development of a finite element numerical model to better describe local conductor damage conditions using a multi-scale modeling approach.

The proposed approach first exploits a global numerical model of a clamp-conductor system to characterize local loading conditions, and relate them to the external stresses typical of Aeolian vibrations. Next, a new wire-scale modeling strategy is developed for the contact interfaces between the conductor and the suspension clamp, as the global analysis revealed them to be more critical. The local modeling proposed allows to describe the stress fields at the contacts, while considering the stranded geometry and multiaxial loading in the critical zone. Appropriate damage criteria can then be applied to predict conductor life. These modeling results are supported by experimental fatigue tests on ACSR Bersfort conductors within metallic suspension clamps.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 95-99).
Mots-clés libres:	lignes de transport électrique aériennes, conducteurs électriques, pince de suspension, vibrations éoliennes, fatigue de contact en fretting, solides toronnés, méthode des éléments finis, approche multi-échelle
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lalonde, Sébastien
Codirecteur:	Codirecteur Langlois, Sébastien
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	06 janv. 2025 14:21
Dernière modification:	06 janv. 2025 14:21
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3520

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