Étude des effets de la friction en pied d'aube sur la dynamique des roues aubagées - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Investigation on the effect of blade root friction on bladed disk dynamics

Étude des effets de la friction en pied d'aube sur la dynamique des roues aubagées

Résumé

This PhD dissertation is devoted to the study of blade/disk attachments in turbomachinery with a particular emphasis on the impact of friction on the dynamics response of bladed disks. The problem was tackled both experimentally and numerically and the developed tools can be seen as a contribution to the prevention of high cycle fatigue failures due to the aerodynamic flow inhomogeneities.
Ce mémoire de thèse est consacré à l'étude, tant du point de vue numérique qu'expérimental, du frottement en pied d'aube et de son impact sur la dynamique des roues aubagées. Le but affiché est de contribuer à une meilleure prévention des risques de fatigue des aubages de turbomachines dus principalement aux inhomogénéités du flux aérodynamique. Nous avons développé et mis en œuvre une méthode capable de prédire efficacement la réponse forcée d'un disque aubagé en prenant en compte les non-linéarités de contact et de frottement au niveau des attaches des aubes. Les équations sont résolues dans le domaine fréquentiel et les efforts de contact de même que les déplacements relatifs sont déterminés dans le domaine temporel au sein d'éléments de contact tridimensionnels. La méthode proposée permet d'utiliser directement les lois discontinues de contact unilatéral et de frottement de Coulomb. Les simulations effectuées à partir de discrétisations éléments finis des interfaces de contact montrent aussi sa capacité à reproduire les phénomènes de micro-glissement et de perte de contact partielle au niveau des portées des aubes. La baisse de niveau vibratoire liée à la dissipation d'énergie en pied d'aube peut ainsi être quantifié. Nous montrons également comment tirer parti des propriétés de périodicité cyclique des roues aubagées et des forces excitatrices pour n'effectuer les calculs non-linéaires que sur un seul secteur angulaire et ainsi économiser un temps de calcul important. Une validation expérimentale des méthodes de calcul est proposée à l'aide d'un disque d'essai monté d'aubes réelles. Les réponses fréquentielles mesurées témoignent d'un comportement non-linéaire au voisinage des résonances qui est correctement reproduit par la simulation. Cette confrontation révèle néanmoins le besoin d'une caractérisation poussée des paramètres d'amortissement, en particulier du coefficient de frottement, si l'on espère une prédiction quantitative précise des niveaux vibratoires. Les contraintes normales de contact ont été mesurées par l'insertion de films sensibles à la pression au niveau des portées des aubes. La simulation donne grossièrement la même répartition, mais la discrétisation utilisée pour les calculs en dynamique ne permet pas d'accéder aux forts gradients de contrainte observés expérimentalement. Au cours de ce travail, plusieurs variantes de modélisation du contact ont été testées. Nous avons ainsi étudié l'influence de l'ajout de raideurs de contact, d'un coefficient de frottement dépendant de la pression normale, mais aussi de la prise en compte d'un coefficient de frottement statique supérieur au coefficient de frottement dynamique. Cette dernière configuration peut entraîner des comportements dynamiques étonnants et délicats à obtenir par des méthodes fréquentielles. Nous montrons en effet à partir de l'intégration temporelle de petits modèles frottants que la réponse à une excitation sinusoïdale peut dans certains cas être multipériodique voire apériodique.
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  • HAL Id : tel-01130569 , version 1

Citer

Damien Charleux. Étude des effets de la friction en pied d'aube sur la dynamique des roues aubagées. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole Centrale de Lyon, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01130569⟩
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