Conception D’arbre de Turbomachines à
Il y a 2 mois
**Conception d’arbre de turbomachines à amortissement contrôlé**:
- Réf
- **ABG-114653**
- Sujet de Thèse- 24/05/2023- Financement public/privé- SIGMA-Clermont- Lieu de travail- clermont ferrand - Auvergne-Rhône-Alpes - France- Intitulé du sujet- Conception d’arbre de turbomachines à amortissement contrôlé- Champs scientifiques- Sciences de l’ingénieur
- Matériaux
- Numérique
- Mots clés- dynamique, rotors, composites, simulation éléments finis**Description du sujet**:
La conception des arbres de turbomachines est fortement contrainte par les comportements dynamiques en flexion et en torsion en fonctionnement. En effet, afin d'éviter l'entrée en résonnance du système en rotation, et donc sa détérioration, un des enjeux consiste à le dimensionner afin que les vitesses critiques soient en dehors de la plage de fonctionnement de la machine. Pour satisfaire ces critères dynamiques, le concepteur ne dispose aujourd’hui, que d'un nombre limité de degrés de liberté, à savoir principalement la géométrie de l'arbre, la nature et la position des paliers et les propriétés des matériaux. L'objectif de la thèse est d'introduire des degrés de libertés supplémentaires dans la conception des arbres en venant modifier localement les raideurs et coefficients d'amortissement de la structure.
Les possibilités offertes par l'introduction du composite dans les arbres de rotor d’une part et l’utilisation de la fabrication additive multimatériaux d’autre part, apparaissent comme très prometteuses. Ces deux technologies de fabrication innovantes pour les arbres de turbomachines permettraient de faire varier le ratio raideur/densité de la structure et d’optimiser les variations locales de raideur et d’amortissement pour garantir et augmenter les performances des turbomachines. Les deux procédés d’élaboration visés offrent l’opportunité d’optimiser localement ou par couche la répartition de la matière, vis-à-vis des contraintes mécaniques, de manière à contrôler le comportement vibratoire et l’amortissement. Deux nouvelles technologies d’arbre de turbomachines seront investiguées:
- Fabrication d’un arbre à structure composite ;
- Fabrication hybride d’un arbre par fabrication additive et drapage composite.
La thèse, en cotutelle entre SIGMA-Clermont et l’ESTIA Bidart et en partenariat avec l’entreprise AKIRA, fabricant de turbomachines, a pour but de proposer des solutions technologiques innovantes d’arbre et de d’évaluer les performances à l’aide de modèles de comportement dynamique. Le dimensionnement de ce nouveau type d'arbre hybrides composites/métalliques pose de nombreux enjeux et problématiques qui seront adressés au cours de cette thèse : - Dimensionnement d'une structure composite composite/métallique en environnement sévère (sollicitation mécanique, régime, thermique) - Analyse de la dynamique des rotors dans le cas d'un arbre composite (modélisation et simulation) - Conception des interfaces métal/composite - Essais partiels et recalage des modèles - Endommagement et fiabilité.
The design of turbomachinery shafts is strongly constrained by the dynamic behaviors in bending and in torsion in operation. In fact, in order to avoid the entry into resonance of the rotating system, and therefore its deterioration, one of the challenges consists in sizing it so that the critical speeds are outside the operating range of the machine. To satisfy these dynamic criteria, the designer currently only has a limited number of degrees of freedom, namely mainly the geometry of the shaft, the nature and position of the bearings and the properties of the materials. The objective of the thesis is to introduce additional degrees of freedom in the design of shafts by locally modifying the stiffness and damping coefficients of the structure. The possibilities offered by the introduction of the composite in the rotor shafts on the one hand and the use of multi-material additive manufacturing on the other hand, appear very promising. These two innovative manufacturing technologies for turbomachinery shafts would make it possible to vary the stiffness/density ratio of the structure and to optimize local variations in stiffness and damping to guarantee and increase the performance of turbomachines. The two production processes targeted offer the opportunity to optimize locally or by layer the distribution of the material, vis-à-vis the mechanical stresses, so as to control the vibration behavior and the damping. Two new turbomachine shaft technologies will be investigated: - Manufacture of a tree with a composite structure;
- Hybrid manufacturing of a tree by additive manufacturing and composite draping. The thesis, jointly supervised by SIGMA-Clermont and ESTIA Bidart and in partnership with the company AKIRA, manufacturer of turbomachines, aims to propose innovative technological shaft solutions and to evaluate performance usin
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