L'automatisation a le vent en poupe
Chez Nordex, tout tourne autour de l'efficacité. En matière de qualité et de durabilité, de faibles coûts de production d'électricité, un rendement élevé et de longues durées de fonctionnement sont essentiels au succès des éoliennes. Les pales du rotor, que Nordex optimise à l'aide des outils de simulation Ansys, jouent un rôle important dans ce processus.
Nordex utilise Ansys depuis plus de 15 ans pour simuler le développement et la certification des pales de rotor. L'analyse est élargie pour inclure des calculs structurels détaillés basés sur la méthode des éléments finis (FEM). Pour obtenir les certifications requises, les pales de rotor - comme tous les autres composants d'une éolienne - doivent être conçues de manière vérifiable en fonction de charges statiques et de fonctionnement spécifiques.
Nordex utilise différents modules Ansys pour la conception structurelle des pales de rotor. Outre Ansys Composite PrepPost (ACP) et Ansys Material Designer, Ansys Mechanical est utilisé, entre autres, pour la mécanique statique et transitoire et les analyses modales et de flambement. Nordex ayant également des exigences très spécifiques qui sortent du cadre standard du logiciel, les utilisateurs créent les fonctionnalités nécessaires à l'aide d'Ansys Application Customization Toolkit (ACT).
À propos de Nordex
Depuis plus de 35 ans, le groupe Nordex est spécialisé dans le développement, la fabrication et la maintenance d'éoliennes terrestres. Fondée au Danemark, l'entreprise emploie aujourd'hui plus de 9 000 personnes dans le monde et a réalisé un chiffre d'affaires de plus de 5,4 milliards d'euros en 2021. Dans le même temps, une nouvelle capacité d'environ 6,7 MW a été installée.
En tant que l'un des plus grands fabricants d'éoliennes au monde, le groupe Nordex prend en compte les aspects écologiques tels que la sélection des matériaux et la recyclabilité lors de la phase de conception des éoliennes, mais aussi lors de la construction, de l'installation, de l'entretien, de l'utilisation et du recyclage.
Automatiser les vérifications statiques
En plus de compléter les fonctions individuelles, ACT est également utilisé pour automatiser les workflows de simulation. Cela permet d'accroître l'efficacité lorsque l'on traite des questions de conception similaires et fréquentes, en particulier celles qui sont complexes, qui prennent du temps et qui sont sujettes à des erreurs. Les responsables de Nordex ont identifié un grand potentiel pour une solution d'automatisation dans la vérification statique des pales de rotor.
L'objectif de l'extension individuelle d'Ansys chez Nordex était, en plus d'accroître l'efficacité, d'améliorer la convivialité et la transparence des calculs. En rendant les résultats encore plus faciles à comprendre, il est possible d'en tirer un potentiel d'optimisation supplémentaire.
La planification, la conception et la mise en œuvre de la simulation automatisée des pales de rotor à l'aide d'ACT ont été réalisées en collaboration avec CADFEM, un partenaire de longue date de Nordex pour toutes les questions relatives à Ansys et à la simulation. CADFEM dispose d'une équipe expérimentée pour l'automatisation des workflows dans Ansys et qui développe des solutions personnalisées, en étroite collaboration avec les clients.
L'équipe conjointe fournit la solution souhaitée
Les spécialistes de CADFEM pour l'automatisation de la simulation et les experts de Nordex pour le développement des pales de rotor ont pu réaliser la solution souhaitée en six mois.
Les facteurs clés d'une mise en œuvre rapide et précise ont été les suivants:
- les exigences détaillées spécifiées par le client
- la coordination périodique et ouverte sur l'avancement du projet et les résultats partiels
- l'analyse parallèle des méthodes utilisées par Nordex afin de les optimiser, si nécessaire, au cours du projet, par exemple en ce qui concerne les "charges suiveuses et les grandes déformations".
10% de gain de temps à chaque étape et autres avantages de l'automatisation
L'exemple de l'application précise de charges sur des sections le long de l'axe longitudinal de la pale du rotor montre clairement les avantages de l'automatisation. L'automatisation permet d'économiser 10 % du temps habituel (plusieurs heures par étape), car la tâche est répétée en raison des mises à jour des charges. Cette étape du processus est très importante pour le calcul précis des pales de rotor. Auparavant, elle était réalisée plus ou moins manuellement, ce qui la rendait non seulement difficile mais aussi très chronophage.
Avec la nouvelle solution, les points d'application de la charge sont désormais appliqués automatiquement. L'extension ACT utilise les sections des pales du rotor pour déterminer les masses et les moments sous forme de tableau, en concertation avec l'utilisateur. Ils sont ensuite affichés sous forme de diagrammes. Pour ce faire, l'interface utilisateur d'Ansys Mechanical a été étendue de sorte que l'application de la charge et la vérification du moment total résultant soient intégrées de façon claire et fiable dans l'arbre de structure d'Ansys.
Un autre objectif du projet était de réduire le nombre logiciels utilisés en interne par Nordex. Cet objectif a également été atteint grâce à l'automatisation.
Finalement, à la suite des analyses de méthodes mentionnées dans le projet, d'autres fonctions utiles ont été ajoutées au processus d'automatisation existant. Un exemple est la masse de la ligne et les moments ou forces de réaction, qui sont inclus dans l'analyse des déviations cibles/réelles.
"Nous sommes convaincus qu'une plus grande facilité d'utilisation lors de l'application de charges au modèle de simulation entraînera une réduction des erreurs potentielles. En outre, l'affichage des vecteurs de charge permet de vérifier visuellement quelle direction de charge et quelles charges externes ont été utilisées pour simuler chaque cas de charge. Cela accroît la transparence, car l'exactitude des résultats peut être confirmée plus facilement", déclare Andreas Nickel, ingénieur principal pour la conception des pales de rotor chez Nordex, pour résumer les avantages de la solution d'automatisation.
Et cela continue. Il est encore prévu de procéder à quelques ajustements des workflows existants et d'apporter des améliorations mineures à la solution ACT. D'autres tâches susceptibles d'être automatisées ont également été envisagées. Ces projets seront gérés en interne en utilisant le transfert de savoir-faire qui a eu lieu pendant le projet achevé - et la confiance que, si nécessaire, Nordex peut continuer à compter sur le soutien expert de CADFEM.
Alexander Zarochentsev, Ingénieur expert en conception de pales de rotor chez NordexNous sommes très satisfaits des résultats obtenus par l'équipe de projet. Nos attentes vis-à-vis de CADFEM ont été absolument satisfaites, comme le montre l'utilisation constante de la solution d'automatisation par nos ingénieurs calculateurs.
Alexander Zarochentsev, Ingénieur expert en conception de pales de rotor chez Nordex
Nordex utilise les outils de simulation Ansys dans le développement de ses éoliennes depuis 2008 avec le soutien de l'équipe de CADFEM aux ingénieurs de Nordex à Hanovre. La collaboration va du conseil sur les solutions logicielles et matérielles à la qualification des utilisateurs, en passant par l'assistance téléphonique au quotidien et enfin à la gestion de projets tels que le développement conjoint de la solution d'automatisation décrite ici.
