Dynamique de rotors embarqués sous sollicitations multi-axiales et multi-fréquentielles : Modélisation et expérimentation

par Yvon Briend

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Régis Dufour et de Éric Châtelet.

Le président du jury était Alain Berlioz.

Le jury était composé de Régis Dufour, Éric Châtelet, Alain Berlioz, Olivier Bonneau, Morvan Ouisse, Marie-Ange Andrianoely, Sophie Baudin, Roger Serra.

Les rapporteurs étaient Olivier Bonneau, Morvan Ouisse.


  • Résumé

    Les axes de la thèse, effectuée dans le cadre du labcom ANR-PME AdViTAM, (LaMCoS, INSA Lyon et AVNIR Engineering), s'adressent à la dynamique des machines tournantes subissant les excitations par leur base. Ces machines, appelées par la suite rotors embarqués, sont souvent au coeur de secteurs industriels de haute technologie. Les mouvements de la base sont capables de déclencher des comportements dynamiques pouvant menacer l'intégrité de la structure. Il est alors capital de prévoir l'émergence de tels phénomènes afin de pouvoir les éviter ou au moins limiter leurs impacts. Pour cela, la thèse propose le modèle d'un ensemble arbre-disques-paliers hydrodynamiques monté sur une base mobile. Celui-ci est basé sur une formulation par éléments finis 1D de poutre de Timoshenko avec six degrés de liberté. Des éléments finis 2D sont employés pour obtenir le champ de pression 2D des paliers hydrodynamiques. Par ailleurs, un modèle cinématique à six degrés-de-liberté est développé pour mieux maitriser le pilotage de l'excitateur hydraulique 6-axes de l'Equipex PHARE et faciliter la comparaison calcul-mesure. Dans le domaine linéaire, l'analyse numérique de stabilité paramétrique est conduite avec la théorie de Floquet. Les cartes de stabilité sont établies avec des sollicitations soit mono-axiales imposées séquentiellement, soit multi-axiales. Une méthode de réduction de modèle est proposée pour éviter les temps de calculs prohibitifs du modèle complet. Enfin, la validation expérimentale du modèle est menée à l'aide d'un banc d'essai académique de rotor conçu, instrumenté en conséquence et monté sur l'excitateur 6-axes. Le comportement dynamique du rotor en flexion, en torsion et en axial, est alors analysé avec des mouvements de la base en translation et/ou en rotation, mono- et/ou multi-axiaux, harmoniques ou aléatoires ou sinus balayé. Les comparaisons sont effectuées en termes d'orbites, de spectres fréquentiels complets, de réponses temporelles transitoires et de densités spectrales de puissance.

  • Titre traduit

    Dynamics of on-board rotors under multi-axial and multi-frequency solicitations : Modeling and experiment


  • Résumé

    The research topic of the thesis, carried out within the framework of the ANR-SME AdViTAM labcom (LaMCoS, INSA Lyon and AVNIR Engineering), addresses the dynamics of rotating machines subject to base excitations. These machines, so-called on-board rotors, play a paramount role in high-tech industrial sectors. The movements of the base are capable of triggering dynamic behaviors that can threaten the integrity of the structure. It is therefore essential to foresee the emergence of such phenomena in order to be able to avoid them or at least limit their impacts. For this, the thesis proposes the model of a shaft-disc-hydrodynamic bearing system mounted on a mobile base. This is based on a 1D finite element formulation of Timoshenko beam with six degrees of freedom. 2D finite elements are used to obtain the 2D pressure field of the hydrodynamic bearings. In addition, a kinematic model with six degrees of freedom is developed to better control the 6-axis hydraulic exciter of the Equipex PHARE and to facilitate the calculation-measurement comparison. The developed computer code is called AdViSOR. In the linear domain, the numerical analysis of parametric stability is carried out with the theory of Floquet. Stability charts are established with either single-axis stresses imposed sequentially, or multi-axial. A model reduction method is proposed to avoid prohibitive computation times of the complete model. Finally, the experimental validation of the model is carried out using an academic rotor test bench designed and called AdROK, instrumented accordingly and mounted on the 6-axis exciter. The dynamic behavior of the rotor in bending, in torsion and in axial, is then analyzed with movements of the base in translation and / or in rotation, mono- and / or multiaxial, harmonic or random or sine swept. Comparisons are made in terms of orbits, full frequency spectra, transient temporal responses and power spectral densities.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 31-03-2026

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication

Dynamique de rotors embarqués sous sollicitations multi-axiales et multi-fréquentielles : Modélisation et expérimentation


Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc’INSA. Bibliothèque numérique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.

Consulter en bibliothèque

Cette thèse a donné lieu à une publication

Informations

  • Sous le titre : Dynamique de rotors embarqués sous sollicitations multi-axiales et multi-fréquentielles : Modélisation et expérimentation
  • Détails : 1 vol. (241 p.)
La version de soutenance de cette thèse existe aussi sous forme papier.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.