Une nouvelle approche numérique pour le calcul de durée de vie de disques de moteurs d'avion

• Auteur / Autrice : Hans Minnebo
• Direction : Nicolas Moës
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes (1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux de frottement

Rupture, Mécanique de la

Rotors

Moteurs à réaction

Résumé

Le calcul de durée de vie de disques de réacteurs est une question primordiale à l'heure actuelle. En effet, un motoriste cherche à mieux connaître la tolérance au dommage des pièces utilisées. Les sollicitations cycliques imposées entrainent l'apparition et la propagation de défauts. La propagation de fissure avec la méthode des éléments finis classique implique trois étapes majeures. D'abord, la construction du maillage doit respecter la géométrie de la fissure. Puis vient le calcul des facteurs d'intensité de contrainte. Ils permettent de prédire le chemin pour des fissures de fatigue. Finalement, la géométrie de la fissure doit etre mise à jour. Ceci est d'une grande complexité pour l'étude de cas industriels. La méthode X-FEM peut répondre élégamment à cette question, en prenant en compte des discontinuités de champs indépendamment du maillage, en construisant un espace fonctionnel approprié. X-FEM utilise des fonctions d'enrichissement représentant la discontinuité au travers de la fissure : une fonction Heaviside modifiée pour le saut au travers des lèvres et les champs asymptotiques de Westergaard pour le front. Ainsi, le maillage n'a plus à se conformer à la fissure. Dans cette étude, outre la convergence et le conditionnement, nous analysons la qualité de l'intégration de la matrice raideur et son influence sur les champs et les facteurs d'intensité. Nous proposons un schéma d'intégration adapté aux fonctions introduites. Nous étudions plusieurs méthodes pour le calcul des facteurs d'intensité pour des maillages libres. Finalement, nous abordons les démarches pour l'industrialisation de ces méthodes, grace à l'élaboration d'un interface avec le code Zebulon.

Lifetime prediction of aircraft engine discs is a major issue. Damage tolerance principle is used to evaluate the influence on lifetime of the cyclic imposed loadings. These loadings lead to crack nucleation and propagation even if they remain in the elastic range. The use of fiinite element method for crack propagation requires three basic steps. First, a mesh is built with respect to the geometry of the crack. Then, stress intensity factors are computed. They enable to predict the path and the speed of the growing crack. Finally, the geometry is updated, which is of great complexity for industrial cases. The X-FEM enables to solve this problem in an elegant manner, by taking into account discontinuities independently of the mesh. Enrichment functions are used, representing the discontinuity through the crack lips, with a modified Heaviside function, and the asymptotic displacement fields at the vicinity of the front. Doing so, the mesh does no longer need to conform to the geometry. In this work, we study the validity of the method, on convergence, conditionning and integration. We propose a pre-preconditionner for the resolution. Also, we introduce an adapted integration scheme. Then, several methods for SIFs computation are investigated. Finally, we show how to use this work for industrial cases, through an interface with the code Zebulon.