Fretting et usure des contacts mécaniques : modélisation numérique

par Ludovic Gallégo

Thèse de doctorat en Mécanique. Génie mécanique. Génie civil

Sous la direction de Daniel Nélias.

Soutenue en 2007

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les pieds d'aubes de soufflantes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux endommagements possibles. L'amorçage et propagation de fissures et l'usure des surfaces en contact. Ce travail s'attardera sur le second point. Des lois d'usure basées sur un critère énergétique seront utilisées pour quantifier l'usure d'un contact mécanique. L'analyse fine du contact aube-disque ou de tout autre contact requiert un outil de calcul à la fois robuste et rapide. Dés lors, la loi d'usure choisie peut être implémentée et des prédictions d'usure peuvent être faites en un temps très court. Pour mener à bien cet objectif, un code de contact dit semi-analytique est développé. La structure est simplifiée en supposant un contact entre deux massifs élastiques semi-infinis. Des solutions analytiques donnant les contributions élémentaires de chargements normaux et tangenciels constants sur une surface rectangulaire sont utilisées pour obtenir par sommation les déplacements élastiques de la surface chargée. Les déplacements élastiques sont alors exprimés par un double produit de convolution discret entre des coefficients d'influence et les pressions et cisaillements dans le contact.


  • Résumé

    Fan blade-disk dovetail joints of turbofans are subjected to fretting. Two damages could happen. Crack initiation and propagation and wear. The current work deals with wear. Laws based on the friction dissipated energy are used to quantify wear of fretting contacts. A fast and efficient computation code is first build to describe a 3D contact in gross or partial slip regime, for bodies with different elastic properties. An energetic wear law is then implemented. Consequently wear computations can be done in a very short time. The contact solver is based on a semi-analytical method for the contact between two elastic half-spaces. The normal contact problem and the full sliding or stick-slip tangential contact problem are solved. Both problems can be written as the minimisation of the complementary energy. Therefore a constrained optimization algorithm based on the conjugate gradient method is developed. To speed up computations, the fast Fourier transforms (FFT) are also used. The code is validated by comparison with close form solutions found in the literature for simple geometries. Wear simulation are performed for both gross and partial slip regimes. Results are compared with experimental results. The blade-disk industrial probleme is later studied. A multiscale computation is done, i. E. The semi-analytical code is coupled with a finite element software to solve the structural problem.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XII-235 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 225-235

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3223)
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