Méthodologie de validation des modèles numériques utilisés lors de la prédiction des contraintes sur les aubes de turbines hydroélectriques

Résumé

L’objectif des présents travaux de recherche est de proposer une méthode cohérente pour la validation des modèles numériques employés pour estimer les contraintes mécaniques, particulièrement adaptée au secteur des turbines hydroélectriques. En effet, les modèles de simulation numérique visent à refléter la réalité physique de pièces ou de systèmes complexes de la manière la plus fidèle possible. Dès lors qu’un modèle mécanique, ou fluidique, est proposé, il est nécessaire de quantifier l’incertitude de celui-ci par rapport aux données expérimentales. Une fois ce travail réalisé, il est alors possible de comparer différents modèles entre eux et, par conséquent de valider ou non leur utilisation dans un contexte donné connu a priori. Pour ce faire, différentes approches quantitatives sont possibles. Cependant, afin de produire un travail de qualité, donnant des résultats fiables, il est primordial d’adopter une démarche rigoureuse et robuste qui laisse le moins d’interprétation possible à l’analyste. Dans cette optique, l’utilisation de la métrique de surface (Area Metric) est proposée pour quantifier les différences entre les résultats de simulation et les mesures expérimentales. Cette méthode présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes de validation classiques issues des statistiques traditionnelles et qui ne satisfont pas pour la plupart les recommandations formulées par l’ASME V&V. Celle-ci se base sur les distributions des données de simulation et expérimentales pour quantifier l’adéquation du modèle numérique par rapport à la réalité physique telle que mesurée par un dispositif expérimental ayant lui-même sa part d’incertitude. À noter que l’aboutissement de l’application de cette méthode ne formule pas de conclusion univoque quant à la validité du modèle. La métrique de surface quantifie seulement et uniquement le niveau d’adéquation. Le critère de validité est déterminé par l’analyste qui tire ensuite ses conclusions en fonction de ce niveau d’adéquation. Cette méthode est appliquée sur un modèle complexe : une roue de turbine hydroélectrique pour laquelle des mesures in situ par jauges de déformation étaient disponibles. Deux modèles fluidiques différents sont ainsi comparés. De plus, une amélioration de cette méthode est proposée afin de pallier les limitations rencontrées pour valider un modèle de façon globale et non uniquement locale. Cette méthode peut être appliquée pour tous types de problématiques où il est nécessaire de valider un modèle quelconque. En effet, la polyvalence de la métrique de surface peut être mise à profit pour des mesures expérimentales très abondantes (ex. répétitions) ou lorsque celles-ci sont peu nombreuses.

Date	30 sept. 2016
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Antoine Tahan (Directeur(-trice)) & Martin Gagnon (Codirecteur(-trice))