Élaboration d'une base de données expérimentale en vue du dimensionnement en fatigue de liaisons filetées

Development of an experimental database for fatigue sizing of threaded connections

• Auteur / Autrice : Lyne Meouchy
• Direction : Alain Daidié, Manuel Paredes
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 08/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - Institut Clément Ader
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MS2M - Modélisation des Systèmes et Microsystèmes Mécaniques
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées (Toulouse ; 1961-....)

Mots clés

Mots clés libres

Assemblages mécaniques

Expérimental

Plan d'expériences

Filetage

Tirants

Mechanical assemblies

Experimental

Design of experiments

Threads

Tie bolts

Résumé

Pour un turbomoteur, le maintien des pièces d'un ensemble tournant est généralement assuré par la mise en tension d'un tirant. Dans le cas d'un turboréacteur, des liaisons de type « écrou de grand diamètre » maintiennent axialement les rotors de turbine et de compresseur. Cependant, les futures architectures de compresseurs s'orientent vers l'utilisation de tirants, afin de limiter le nombre de liaisons boulonnées. L'estimation des durées de vie en fatigue des filetages de ces pièces filetées spécifiques est trop conservative car elle s'appuie sur des méthodes de calcul 1D générant des facteurs de sécurité importants. L'enjeu scientifique consiste à prédire de façon plus précise la durée de vie en fatigue des liaisons filetées des tirants et des filetages des écrous de grand diamètre, afin de limiter les facteurs de sûreté et les risques en fonctionnement. Pour parvenir à cet enjeu, plusieurs projets de recherche complémentaires sont en cours d'élaboration. Dans ce contexte de recherche et de développement d'outils de calcul prédictifs, le travail de recherche aura pour objectifs de construire une base d'essais technologiques instrumentés et une méthode de dimensionnement exploitant les résultats de cette base. Outre le fait d'aller chercher les limites en fatigue du composant en configuration dite « nominale », la thèse devrait contribuer à cerner l'influence des paramètres géométriques du filetage (influence des angles des flancs travaillants, du rayon en fond de filet et d'autres paramètres liées aux non conformités rencontrées lors de la fabrication des filetages, …). Une campagne d'essais technologiques sur différents tirants sera réalisée. Ces essais seront à superviser dans leur préparation dans le suivi et l'analyse des résultats.

For a turbine engine, the parts of a rotating assembly are generally held in place by tensioning tie bolts. In the case of a turbojet, 'large diameter nut' type connections axially hold the turbine and compressor rotors. However, future compressor architectures are moving towards the use of tie bolts, in order to limit the number of bolted connections. The estimation of the fatigue life of the threads of these specific threaded parts is too conservative because it is based on 1D calculation methods generating significant safety factors. The scientific challenge is to more accurately predict the fatigue life of the threaded connections of the tie bolt and of the threads of large diameter nuts, in order to limit safety factors and operating risks. To achieve this challenge, several complementary research projects are being developed. In this context of research and development of predictive calculation tools, the research work will aim to build a base of instrumented technological tests and a sizing method exploiting the results of this base. In addition to looking for the fatigue limits of the component in the so-called 'nominal' configuration, the thesis should help to identify the influence of the geometric parameters of the thread (influence of the angles of the working flanks, of the radius at the bottom of the thread and of 'other parameters related to non-conformities encountered during the manufacture of threads, etc.). A technological test campaign on different tie bolts will be carried out. These tests will be supervised in their preparation in the monitoring and analysis of the results.