Optimisation de la réalisation d’un élément de compresseur / Etude de l’interaction entre la microstructure du matériau, le procédé de transformation et la performance du produit fini

Optimization of the production of a compressor element : Study of interaction between processing of microstructure of material and performance of the finished product

• Auteur / Autrice : Nader Zirak
• Direction : Abbas Tcharkhtchi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 03/10/2023
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Laboratoire Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : David Chalet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abbas Tcharkhtchi, Marie-France Lacrampe, Zaida Ortega, Grzegorz ŻYWICA, Manuel Henner, Mohammadali Shirinbayan, Michaël Deligant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-France Lacrampe, Zaida Ortega

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compresseurs

Impression 3D

Dissertation universitaire

Polymères

Mots clés libres

Polymère

Compresseur

Impression 3D

Polymer

Compressor

3D printing

Résumé

Cette thèse porte sur l'amélioration des performances de différents éléments d'un compresseur innovant pour l'industrie automobile. Les performances de ces éléments, notamment du rotor, sont sans doute liées à la microstructure du matériau utilisé pour la fabrication. Dans des conditions de contraintes mécaniques extrêmes, cette microstructure est fortement influencée par les différents paramètres liés, d'une part, à la nature du matériau et, d'autre part, aux conditions de mise en œuvre. Ainsi, pour améliorer les performances du produit, il est nécessaire de modifier les microstructures du matériau en choisissant, d'une part, un matériau fiable et, d'autre part, en optimisant les paramètres du procédé. À cet égard, différents types de polymères sont utilisés pour fabriquer la roue d'un compresseur par différentes techniques de fabrication additive et leurs performances sont étudiées. L'interaction entre la microstructure du polymère et les performances de l'élément compresseur est étudiée. Pour cela, un compresseur centrifuge est conçu sur la base de calculs itératifs d'un modèle 0D en combinaison avec des modèles de perte. Le modèle peut fournir une géométrie préliminaire du compresseur selon les spécifications. Ensuite, la géométrie 3D du compresseur a été optimisée par la dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour trouver la meilleure géométrie et prédire ses performances. De plus, l'aspect structurel du rotor du compresseur a été analysé à l'aide d'un modèle numérique. La microstructure des matériaux à l'aide de différentes méthodes d'analyse et de caractérisation a été étudiée.

This thesis focuses on improving the performance of different elements of an innovative compressor for the automotive industry. The performance of these elements, particularly the rotor, is undoubtedly linked to the microstructure of the material used for manufacture. Under conditions of extreme mechanical stress, this microstructure is strongly influenced by the various parameters linked on the one hand to the nature of the material and on the other hand to the conditions of implementation. Thus, to improve the performance of the product, it is necessary to modify the microstructures of the material by choosing, on the one hand, a reliable material and, on the other hand, by optimizing the parameters of the process. In this regard, different types of polymers are used to manufacture the impeller of a compressor by different additive manufacturing techniques and their performance is studied. The interaction between the polymer microstructure and the performance of the compressor element is studied. For this, a centrifugal compressor is designed based on iterative calculations of a 0D model in combination with loss models. The model can provide a preliminary geometry of the compressor according to the specifications. Then, the 3D geometry of the compressor was optimized by computational fluid dynamics (CFD) to find the best geometry and predict its performance. In addition, the structural aspect of the compressor rotor was analyzed using a numerical model. The microstructure of materials using different analysis and characterization methods has been studied.