Didacticiel Heliciel — La résistance de la pale
Est-ce que ça tient ?

Flexion sous les efforts du fluide, traction sous l'effet de la rotation : les deux sollicitations que Heliciel calcule, et celles qu'il ne calcule pas.

Fabriquer la pale

Résistance de la pale : flexion, armature, matière, traction centrifuge

Didacticiel de fonction. Le contrôle mécanique se répartit entre l'onglet Armature éléments, le menu Paramètres > Modifier Structure / Matiere, et l'onglet de résultats Traction. Heliciel traite la flexion et la traction centrifuge : ni la torsion, ni le cisaillement, ni le flambement, ni la fatigue, ni les vibrations, ni la contrainte combinée de traction et de flexion.

Une pale optimale qui casse n'est pas optimale. Deux sollicitations dominent, et Heliciel les calcule toutes deux : la flexion, produite par les efforts du fluide sur la pale, et la traction centrifuge, produite par la rotation. La première plie la pale, la seconde l'étire. Heliciel les contrôle séparément, élément par élément, et donne un verdict pour chacune : une pale peut tenir à l'une et céder à l'autre.

1 : Ce qui est calculé, et ce qui ne l'est pas

Le périmètre est net, et il vaut mieux le connaître avant de conclure : Heliciel donne les moments de flexion élément par élément et la traction centrifuge le long de la pale. Il ne traite pas la torsion du profil, le cisaillement, le flambement, la fatigue en cycles, ni les modes vibratoires, et il ne combine pas la traction et la flexion en une contrainte unique : les deux contrôles restent séparés. Ce n'est pas un calcul par éléments finis. Pour une pale très élancée, très rapide, ou soumise à un écoulement perturbé, un calcul de structure dédié reste nécessaire.

2 : Choisir la matière

Menu Paramètres > Modifier Structure / Matiere. La base de matières livrée fournit les caractéristiques mécaniques ; c'est elle qui transforme un moment en contrainte, et une contrainte en verdict.

menu Parametres, entree Modifier Structure Matiere
L'entrée de menu

base de matieres ouverte
La base de matières

3 : Définir l'armature

L'onglet Armature éléments décrit le renfort interne de la pale : c'est lui qui reprend l'essentiel de la flexion sur une pale creuse ou composite. Attention à un point signalé par l'onglet lui-même : ces paramètres ne sont pas enregistrés dans le projet. Notez-les dans votre dossier.

onglet Armature elements
L'armature de la pale

4 : Lire les moments de flexion

Les moments se lisent élément par élément, et peuvent être représentés sur le prototype 3D — c'est la façon la plus parlante de voir que tout se joue au pied de pale, là où le bras de levier est maximal.

moments de flexion affiches sur le prototype 3D
Les moments, sur la pale

resultats de flexion element par element
La flexion, élément par élément

5 : Lire la traction centrifuge

L'onglet de résultats Traction donne, pour chaque élément, la traction centrifuge appliquée à sa base et celle que sa section peut retenir (la limite de la matière divisée par le coefficient de sécurité). La traction appliquée est le poids centrifuge de toute la masse située au-delà de la section : elle est donc la plus forte au pied de pale. Elle existe même sans aucun fluide et croît avec le carré du régime : doubler la vitesse de rotation la multiplie par quatre. Un élément dont la traction appliquée dépasse l'admissible est en rupture (barre rouge, titre du graphique RUPTURE). Pour corriger une rupture en traction, il faut une section plus forte, une matière plus résistante, une pale plus légère ou un régime plus bas. Des exemples chiffrés, sur une éolienne et sur une hélice de bateau, sont donnés dans la page d'exemples.

courbe de traction centrifuge dans l onglet Traction
La traction centrifuge

6 : Le coefficient de sécurité, et l'alerte

Le coefficient de sécurité se règle ; il peut être ramené à 1 quand on veut lire la contrainte brute, par exemple pour comparer deux matières. Lorsque la contrainte dépasse ce que la matière admet, Heliciel le signale dans ses alertes de conception : erreurs, avertissements et messages, avec la solution proposée. Augmenter le coefficient ne renforce pas la pale : il exige davantage de marge d'elle. Ses valeurs forment une liste fermée (1, 2, 3, 4, 5, 8, 10 ou 15), chacune liée à un type de construction.

alerte de conception en cas de depassement de contrainte
L'alerte

Pour aller plus loin : l'armature de pale ou d'aile, la page d'exemples chiffrés (éolienne, hélice de bateau) et le kit de pale en plaques.