Soutenance de thèse Béranger BERTHOUL – “Prise en compte du comportement des matériaux abradables dans la modélisation de l’interaction aube/carter.”

RÉSUMÉ:

L’augmentation du rendement des moteurs d’avion est un enjeu majeur pour les constructeurs afin de satisfaire à des exigences environnementales et économiques toujours plus contraignantes. Le travail présenté ici s’inscrit dans le contexte d’une recherche de l’augmentation du rendement par la maîtrise et la réduction des jeux fonctionnels entre les parties tournante (rotor) et fixe (stator) d’un moteur. Afin de permettre des contacts avec le stator, inévitables pour des jeux fonctionnels faibles, une solution privilégiée par certains motoristes depuis une cinquantaine d’années est de déposer sur le carter un revêtement spécifique, dit abradable, conçu pour s’user préférentiellement lors d’un contact, laissant ainsi le rotor intact. Diverses expériences réalisées par le motoriste Snecma soulignent cependant la possibilité d’une résonance sous l’effet de contacts répétés entre une aube et le revêtement abradable lui faisant face. L’intérêt de la simulation numérique du phénomène est évident : permettre de prédire, en évitant des essais coûteux, les configurations d’interaction — géométries d’aube, vitesses de rotations, types de matériaux abradables — pour lesquelles le jeu rotor/stator est minimisé et l’amplitude de la réponse dynamique de l’aube est limitée. Obtenir un outil prédictif impose cependant de relever certains défis numériques et nécessite des développements spécifiques. Ce travail s’inscrit dans le cadre numérique suivant : une aube flexible, modélisée par éléments finis en 3D, vient impacter le revêtement abradable. L’apport du présent travail se situe dans le développement d’une loi de comportement des matériaux abradables lors d’un impact avec l’aube. Il commence par une analyse précise des paramètres caractéristiques d’une interaction, avec quantification en ordre de grandeur. La phénoménologie de l’usure des matériaux abradables est ensuite analysée, et les principaux mécanismes d’usure à l’œuvre lors d’une interaction sont déduits: plasticité à l’interface, labourage, microrupture et usinage. Une modélisation simplifiée des mécanismes est proposée, et les lois de comportement correspondantes sont implémentées au sein d’un code de contact explicite, avec l’emploi d’un nouvel algorithme dit d’usure différée. Suit, une fois validées les lois de comportement et l’algorithme, une présentation de l’influence des paramètres d’un matériau abradable sur la dynamique de l’aube et l’usure du revêtement. La combinaison de l’algorithme d’usure différée et des lois d’interaction phénoménologiques permet d’observer une dynamique d’aube et une usure du revêtement en cohérence avec les observations expérimentales; les paramètres matériaux correspondent à des mécanismes d’interaction réels et peuvent être estimés à partir des données de la littérature. Ce travail permet ainsi d’apporter au code de calcul existant un modèle de comportement du matériau abradable fondé sur la phénoménologie rapportée par la littérature et compatible avec une utilisation dans le cadre industriel avec des géométrie d’aube réelles.

JURY:

Rapporteurs :

Philippe DUFRÉNOY, Professeur des Universités, Université Lille 1
Philippe KAPSA, Directeur de recherche CNRS, LTDS, Lyon

Examinateurs :

Alain BATAILLY, Professeur adjoint, École Polytechnique de Montréal
Mathias LEGRAND, Assistant Professor, McGill University, Montréal
Christophe PIERRE, Professeur, University of Illinois
Jean-Philippe PONTHOT, Professeur Ordinaire, Université de Liège

Invité :

Antoine MILLECAMPS, Ingénieur, Snecma, groupe Safran

Directeur de thèse :

Laurent STAINIER, Professeur des Universités, École Centrale de Nantes

Co-directeur de thèse :

Patrice CARTRAUD, Professeur des Universités, École Centrale de Nantes