Thèse soutenue

Matrice de transmission acousto-élastique et analyse modale sans contact : application à des structures aéronautiques

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Auteur / Autrice : Chloë Palerm
Direction : Julien de RosnyClaire Prada
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 06/04/2023
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin-Ondes et images (Paris ; 1997-....) - Institut Langevin - Ondes et Images (UMR7587)
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Entreprise : Groupe Safran
Jury : Président / Présidente : Jean-François Aubry
Examinateurs / Examinatrices : Julien de Rosny, Claire Prada, François Ollivier, Quentin Leclère, Barbara Nicolas, Benoit Gérardin
Rapporteurs / Rapporteuses : François Ollivier, Quentin Leclère

Résumé

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Dans les moteurs d'aéronefs, dont la fiabilité est un enjeu majeur, il est indispensable de caractériser les modes propres de vibration des pièces afin d’anticiper les phénomènes de fatigue ou encore de détecter l’apparition d’endommagements. Dans ce manuscrit, nous proposons une méthode d’analyse modale par excitation acoustique. Les pièces testées sont mises en vibration par un réseau de haut-parleurs et les déplacements sont mesurés à l’aide d’un vibromètre laser. La matrice de transmission acousto-élastique ainsi mesurée permet de s'affranchir de tout artefact dû au contact. Nous l'exploitons ensuite pour étudier la structure modale de pièces à symétries de rotation continues ou discrètes, saines ou endommagées. En effet, sa décomposition en valeurs singulières (SVD) permet d'identifier des modes superposés, favorisés par ce type de géométrie. Le lien entre la SVD, les modes propres de la structure et leur couplage acousto-élastique est établi. Cette approche est validée sur une plaque carrée en aluminium libre puis partiellement encastrée. Nous l’appliquons ensuite à quatre pièces saines de turbomoteurs : un pignon, un pignon évidé et deux compresseurs. Des simulations aux éléments finis sont réalisées de manière à en comprendre le couplage acousto-vibratoire. Puis, les matrices de transmission sont mesurées et leur SVD met en évidence les distributions modales bien distinctes pour ces différentes géométries, que nous analysons. Le comportement modal de ces pièces change lorsqu'un endommagement brise leur symétrie. Nous observons numériquement et expérimentalement que sur un pignon, une modification locale de masse ou de raideur se traduit principalement par une variation de la fréquence de résonance des modes. Ces résultats sont corroborés par une approche perturbative de l’endommagement. Cette approximation n’est plus valable dans le cas d'un compresseur dont certaines pales sont déformées. Un classement des modes fondé sur une description phénoménologique est proposé. Pour terminer, les vecteurs singuliers de la matrice de transmission et le réseau de haut-parleurs sont utilisés de manière à contrôler le champ vibratoire dans le cas de modes superposés.