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26 oct
26/10/2017 13:30

RECHERCHE

Soutenance de thèse : Guillaume COUDOUEL

Numerical predictive method based on fatigue analysis for droplet impingement erosion

Doctorant : Guillaume COUDOUEL 

Laboratoire INSA : LaMCos
Ecole doctorale : ED162 MEGA

Le but du travail présenté est la compréhension puis la simulation numérique des mécanismes d’érosion des augets de turbine Pelton par impacts répétés de gouttes d’eau dans le but de prédire la durée de vie des composants. Tout d’abord, les phénomènes de propagation d’ondes dans les milieux fluide et solide sont étudiés. Cela permet de mettre en lumière l’évolution temporelle et la distribution spatiale des pressions de contact, et l’apparition de microjets par éjection supersonique du fluide au contact. Les études expérimentales de l’érosion par gouttes d’eau traduisent un dommage basé sur la fissuration par fatigue. Des simulations numériques en dynamique rapide couplées fluide- structure sont alors effectuées. Le domaine solide est discrétisé par la Méthode des Éléments Finis (MEF), et le domaine fluide par la méthode « Smoothed particle hydrodynamics » (SPH), qui est une méthode particulaire (sans maillage) particulièrement adaptée aux grandes distorsions et au suivi des surfaces libres. L’analyse des états de contraintes vient corroborer la nature cyclique de l’endommagement. La simulation d’érosion est alors réalisée à l’aide de critères de fatigue multiaxiaux. Le choix se porte vers un premier critère général de l’American Society of Mechanical Engineers (ASME), utilisant les valeurs principales des différences de contraintes au cours du temps, car ce critère se trouve valable pour la fatigue à grand ou faible nombre de cycles (oligocyclique). Le second choix concerne un critère à plan critique : le critère de Dang Van 2. Il traite séparément la contrainte hydrostatique et le cisaillement alterné maximal local. Ces critères permettent de définir les régions érodées du solide au bout d’un nombre d’impact donné, ce qui fait de cette démarche une méthode prédictive. Une étude paramétrique pour différentes tailles de gouttes et vitesses d’impact est ensuite réalisée, puis on évalue l’influence de la présence d’une couche de coating.

 

Informations complémentaires

  • Amphi Émilie du Châtelet - Bibliothèque Marie Curie INSA Lyon

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