Numerical and experimental approaches in contact dynamics: application to blades/casing contact in turbomachinery

Modélisation numérique et approche expérimentale du contact en dynamique : Application au contact aubes/carter de turboréacteur

Etienne Arnoult (1)

1 GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique

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Les problèmes de facétisation en éléments finis peuvent conduire, lors de simulations numériques, à des résultats très éloignés de ce qui est observé expérimentalement. Les deux principales difficultés générées par la discrétisation sont d'une part la discontinuité du vecteur normal au passage des éléments, et d'autre part, la mauvaise prise en compte de la courbure des structures étudiées. Les développements présentés s'inscrivent plus particulièrement dans le cadre des études des contacts aubes/carter de turboréacteurs. La première partie du mémoire concerne la mise en place d'une nouvelle méthode de recherche du contact applicable dans un code éléments finis en dynamique. Cette méthode repose sur la construction d’entités analytiques (une courbe et une surface) utilisant les fonctions splines à partir des nœuds du maillage. La recherche du contact est alors réalisée entre ces entités suivant le schéma suivant : une boule, dont le rayon diminue entre chaque itération, est déplacée le long de la courbe, et l'algorithme suit l’évolution de la trace laissée par cette boule sur la surface. Cette méthode est implémentée dans deux codes éléments finis de structures différentes (formulation implicite pour le premier, et explicite pour le second) : elle permet de travailler avec des maillages contenant moins d’éléments, ce qui permet de compenser le léger surcoût qu'elle induit en termes de temps de calcul. La seconde partie présente un montage expérimental dont l'objectif est double. Dans un premier temps, il s'agit de réaliser des essais simples de contact entre une aube simplifiée et une partie de carter de turboréacteur : les résultats seront comparés à ceux fournis par le modèle éléments finis utilisant la méthode décrite dans la première partie. Dans un deuxième temps, le montage permet d'essayer de recréer les conditions d'interaction entre l'aube et le carter.

Mots clés: turbomachines; contact; dynamics; splines; finite elements

Mots clés: turbomachine; éléments finis; dynamique; contact unilatéral

Domaines: Mécanique des structures [physics.class-ph]

Etienne Arnoult. Modélisation numérique et approche expérimentale du contact en dynamique : Application au contact aubes/carter de turboréacteur. Mécanique des structures [physics.class-ph]. Université de Nantes, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01792898⟩