Détection et simulation des modes d'instabilités plastiques des disques de turbine en rotation (intégrité rotor)

par Natan Guillermin

Projet de thèse en Mécanique

Sous la direction de Matthieu Mazière.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne) (laboratoire) , MAT- Simulation des matériaux et des structures - SIMS (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 03-12-2018 .


  • Résumé

    Lors du développement de turbomachines aéronautiques, les motoristes sont tenus par la réglementation de démontrer l'intégrité des pièces tournantes par essai ou par analyse. Ainsi, les disques de compresseurs et de turbines doivent supporter l'effet des niveaux de vitesse de rotation et de température imposés par la réglementation. Cette exigence permet de garantir la marge de sécurité requise entre la vitesse d'éclatement des rotors et les différentes conditions de fonctionnement (normales et cas de panne). L'objectif de la thèse est de déterminer des critères de ruine par instabilités viscoplastiques dans les disques en rotations. Ceux-ci doivent prendre en compte les propriétés élastoviscoplastiques des superalliages considérés à 20°C et 500°C. Ces lois seront intégrées dans des simulations par éléments finis de la déformation plastique en conditions extrêmes de vitesses. La ductilité des matériaux sera prise en compte au travers de modèles adaptés identifiés grâces à des essais mécaniques sur éprouvettes lisses et entaillées.

  • Titre traduit

    Detection and simulation of plastic instabilities in rotating turbine disks (rotor integrity)


  • Résumé

    During the design of turboshaft engines, regulation rules impose on manufacturers to demonstrate the integrity of rotating parts with over-speed experiments: parts should not burst under mechanical and thermal loads below the rotation speed imposed by the regulation. This requirement guarantees a minimal safety margin depending on the operating conditions. The goal of the Ph.D is to determine failure criterion by viscoplastic instabilities on rotating disks. Elastoviscoplasticity properties of super-alloys have to be taken into account under temperatures that range from 20 to 500°C. These laws have to be integrated into finite element simulations of plastic deformations under extreme rotational speed conditions. The approach consists on, first, complete the experimental basis in order to identify the material parameters for INCO718; second, define a local fracture criterion which leads to the fracture of three super-alloys (INCO718 and Udimet 720) under temperature and triaxial loading similar to those on rotors, and finally, establish a verification procedure of the criterion than can be directly applied in production control.