Comportement dynamique et stabilité des rotors : application aux rotors composites

Dynamic behavior and stabilily of rotors: application to composite rotors

• Auteur / Autrice : Rim Sino
• Direction : Georges Jacquet-Richardet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA2007-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Jacquet-Richardet, Alain Berlioz, Thouraya N. Baranger, Eric Chatelet, Pascal Swider, Christian Hochard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Swider, Christian Hochard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Cisaillement (mécanique)

Rotors

Résumé

Ce travail a pour objet l'étude de la stabilité des ensembles tournants lorsque des termes d'amortissement interne (dus aux matériaux) et d'amortissement externe (paliers) sont introduits dans le modèle. La majorité des études identifiées dans la littérature sont fondées sur des développements numériques. La principale difficulté réside dans l'évaluation des paramètres physiques de l'amortissement interne qui permettent une prédiction des instabilités potentielles avec une précision suffisante. Afin de considérer des propriétés mécaniques réelles en terme d'amortissement interne, un modèle rhéologique de solide viscoélastique associé à une approche générale éléments finis de type poutre est développée, incluant les effets de cisaillement transverse. Après une description théorique (choix du modèle d'amortissement interne et équations du mouvement), une première application valide la méthode proposée. L'influence de l'amortissement sur les fréquences et les seuils d'instabilité est analysée via une étude paramétrique. Les résultats sont comparés à ceux obtenus à partir d'une approche analytique et à partir des expérimentations en rotation. Une seconde application s'intéresse à la stabilité dynamique d'un rotor composite avec prise en compte de l'amortissement avec prise en compte de l'amortissement interne et du cisaillement transverse. Une théorie simplifiée d'homogénéisation de poutre (SHBT : Simplified Homogenized Beam Theory), associée à une formulation éléments finis est introduite et utilisée pour évaluer les fréquences naturelles et les seuils d'instabilité. Cette théorie est comparée avec d'autres théories issues de la littérature (EMBT : Equivalent Modulus Beam Theory), EMBT modifié et (LBT : Layerwise Beam Theory). Une étude qualitative montre l'influence de différents paramètres (orientations, séquences d'empilement, etc. . . ) ainsi que les effets du cisaillement transverse lorsque ce dernier est introduit dans le modèle. Les effets associés sont traduits directement en terme de fréquences et de seuils d'instabilité de la structure tournante lorsque des empilements symétriques aussi bien qu'asymétriques sont considérés.

This work deals with the study of dynamic instabilities within rotating assemblies due to internal damping effects. In order to consider realistic mechanical properties, in terms of internal damping, a rheological model is associated to a general finite element beam approach, including transversal shear. After a description of the theoretical background (choice of internal damping model and equations of motion), a first application illustrates the ability of the proposed model. The influence of damping on frequencies and on instability thresholds is investigated using a parametric study. Results are compared to those obtained from an analytical approach as well as from experiments. A second application is concerned with the dynamic instability of an internally damped rotating composite shaft. A Simplified Homogenized Beam Theory (SHBT), which takes into account internal damping, is introduced and then used to evaluate natural frequencies and instability thresholds. The results are compared to those obtained by using an Equivalent Modulus Beam Theory (EMBT) widely used in the literature, a Modified Equivalent Modulus Beam Theory and a Layerwise Beam Theory (LBT). The influence of laminate parameters: stacking sequences, fiber orientation and transversal shear effect on natural frequencies and instability thresholds of the shaft is studied via a parametrical study. This parametric study shows that shaft instability thresholds can be very sensitive to all these parameters.