Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Le vieillissement des infrastructures de transport d’électricité est un enjeu important pour l’industrie du transport d’énergie. Outre les besoins de réparation et de remplacement, il est primordial de développer de nouveaux concepts, notamment dans la construction de nouvelles lignes. L’utilisation de l’aluminium dans le développement des pylônes à treillis peut s’avérer intéressante comme solution en termes d’innovation technologique et économique. Toutefois, l’aluminium a un comportement différent de l’acier traditionnellement utilisé, notamment en ce qui concerne l’endommagement par fatigue. Pour répondre à un impératif de fiabilité, de fonctionnement et de sécurité, le développement d’outils numériques avancés pour le dimensionnement, l’évaluation et la prédiction du comportement structural des nouveaux concepts de pylône est nécessaire. Ainsi, dans ce mémoire de maitrise, il est question de faire l’étude de l’endommagement par fatigue d’un concept de pylône à treillis en aluminium 6061-T6 et de prédire sa durée de vie sous certaines conditions de sollicitation. Cette analyse est cruciale pour garantir la fiabilité et la sécurité à long terme des infrastructures. À cet effet, le présent travail est scindé en deux grandes parties. La première partie consiste à faire une étude des sollicitations en fatigue sur l’ensemble du pylône en aluminium conçu sur SAP2000. La méthodologie d’analyse en fatigue utilisée est basée sur la courbe SN (Stress - Nombre de cycles). L’analyse s’est concentrée sur les membrures les plus critiques dont une provenant de la console d’attache du hauban et quatre des diagonales de la partie supérieur du fût. Les analyses montrent que la fatigue provient des extrémités des membrures. L’analyse des résultats a montré une limite quant à l’utilisation de SAP2000 pour la caractérisation de l’endommagement. En effet, la connexion des membrures étant considérée comme un joint et l’extrémité de la membrure considéré appartenant à l’assemblage, la géométrie et les éléments d’assemblage ne sont pas considérés dans l’étude. D’où l’intérêt de la seconde partie, qui présente l’analyse en fatigue par éléments finis d’un modèle de connexion modélisée sur Abaqus. Des sollicitations sont recueillies sur deux diagonales du modèle SAP2000 présentant presque les mêmes dimensions géométriques et appliquées au modèle Abaqus. Les résultats de contraintes sont importés dans Fe-Safe afin d’effectuer l’analyse de fatigue selon la méthode de BrownMiller. La présente méthode considère que la zone d’initiation de fissure se trouve sur le plan qui subit l’amplitude de déformation de cisaillement maximale. Les résultats montrent que les zones d’initiation de fissures se trouvent à la périphérie des orifices de la membrure principale, du gousset et des diagonales. Son orientation est relative au comportement tridimensionnel de la connexion à la suite de l’application du chargement.

The ageing of electricity transmission infrastructures is a major challenge for the power transmission industry. In addition to the need for repair and replacement, it is essential to develop new concepts, particularly in the construction of new lines. The use of aluminum in the development of lattice towers may be an interesting solution in terms of technological and economic innovation. However, aluminum behaves differently from the steel traditionally used, particularly when it comes to fatigue damage. To meet the requirements of reliability, operation and safety, it is necessary to develop advanced numerical tools for dimensioning, evaluating and predicting the structural behavior of new tower concepts. In this master’s thesis, we investigate the fatigue damage of a 6061-T6 aluminum pylon design and predict its fatigue life under certain loading conditions. This analysis is crucial to ensuring the long-term reliability and safety of infrastructures. To this end, the present work is divided into two main parts. The first part consists of a study of the fatigue loading on the entire aluminum pylon designed on SAP2000. The fatigue analysis methodology used is based on the SN curve (Stress - Number of cycles). The analysis focused on the most critical members, including one from the guy wire attachment and four from the diagonals at the top of the shaft. The analysis showed that fatigue originated at the ends of the members. Analysis of the results revealed a limitation to the use of SAP2000 for damage characterization. As the connection between the members is considered as a joint, and the end of the member is considered as part of the assembly, the geometry and assembly elements are not considered in the study. Hence the interest of the second part, which presents the finite element fatigue analysis of a connection model built on Abaqus. Stresses are collected on two diagonals of the SAP2000 model with almost the same geometric dimensions and applied to the Abaqus model. The stress results are imported into Fe-Safe for fatigue analysis using the BrownMiller method. This method assumes that the crack initiation zone lies on the plane experiencing the maximum shear strain amplitude. The results show that crack initiation zones are located at the periphery of the main chord, gusset and diagonal openings. Its orientation is relative to the three-dimensional behavior of the connection following the application of loading.