Caractéristiques statiques et dynamiques des paliers à feuilles

par Sébastien Le lez

Thèse de doctorat en Génie mécanique, productique, transport

Sous la direction de Mihaï Arghir et de Jean Frêne.


  • Résumé

    Les paliers à feuilles sont des paliers à gaz composés d’une structure souple et dissipative. La modélisation de ce type de palier nécessite de coupler les équations régissant le comportement du film fluide et de la structure. La caractérisation du film aérodynamique est tout d’abord présentée, en détaillant notamment les méthodes d’analyses dynamiques linéaires et non linéaires. L’étude bibliographique révèle que la plupart des modèles structurels présents dans la littérature négligent les interactions entre les bumps, et considèrent ceux-ci comme des ressorts indépendants. Des analyses éléments finis (EF) montrent que cette approche est trop simplifiée, et un nouveau modèle traitant la structure dans sa globalité est développé. Malgré la relative simplicité du modèle, les résultats statiques concordent parfaitement avec ceux issus des calculs EF et d’essais expérimentaux. Le principal obstacle à une version dynamique réside dans la présence de frottement sec. Il est surmonté grâce à une régularisation permettant d’aboutir à l’expression d’un système d’équations différentielles décrivant les variations temporelles des forces de frottement. Ce modèle dynamique de la structure est alors validé d’un point de vue théorique et expérimental. La dernière partie concerne l’analyse statique et dynamique du palier à feuilles complet. D’une manière générale, l’approche basée sur l’hypothèse des petites perturbations est imprécise car la dissipation par frottement sec dépend principalement de l’amplitude des vibrations. Les analyses non linéaires (stabilité et balourd) sont donc présentées, mettant en avant le meilleur comportement du palier à feuilles par rapport au palier rigide.

  • Titre traduit

    Static and dynamic characteristics of foil bearing


  • Résumé

    Foil bearings comprise an elastic and dissipative underlying structure. Therefore, the fluid film and the structural behavior need to be coupled to model these bearings. The aerodynamic film characterization is firstly presented, and the linear dynamic analysis methods are distinguished from the non linear ones. The bibliographical study reveals that most of the existing structural models consider the bumps as independent springs, and neglect the interactions between them. Finite element (FE) analyses show that this approach is too simple, and a new model taking into account the entire behaviour of the structure is developed. Despite of its relative simplicity, the static results are in good agreement with those from FE simulations and experimental tests. The main difficulty for a dynamic version of this model lies in the presence of dry friction. It is overcome with a regularization which allows to express a system of differential equations describing the time varying friction forces. This dynamic structural model is then validated from both theoretical and experimental point of views. The last chapter deals with the static and dynamic analysis of the whole foil bearing. Generally, the small perturbation technique is inaccurate because the Coulomb damping depends on the vibration amplitudes. Non linear analyses (stability and unbalanced response) are thus presented, revealing the better behaviour of foil bearings compared to rigid ones.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (249 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 127 réf.

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  • Cote : 07/POIT/2334
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