Caractérisation thermomécanique et détermination de lois de comportement de revêtements abradables de compresseurs basse et haute pression de turboréacteurs pour de larges gammes de vitesses de déformation et de températures - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Thermomechanical characterization and behavior laws determination for abradables coatings from low and high pressure compressors of aircraft engines for large ranges of strain rates and temperatures

Caractérisation thermomécanique et détermination de lois de comportement de revêtements abradables de compresseurs basse et haute pression de turboréacteurs pour de larges gammes de vitesses de déformation et de températures

Résumé

Abradables coatings used to minimize inter-stage leakages in aircraft engines, take part in severe interaction with blades. Concerning the compressor stages, those interactions take place in environments where temperatures go up to 350°C and 800°C respectively for low-pressure and high-pressure compressors (LPC and HPC). High-speed rotation of blades leads to complex dynamic solicitation within abradable material combining compression, tension, and shear components. The thermomechanical behavior knowledge of those materials under extreme solicitations is a key point in the understanding of blades-abradables interaction and their numerical simulation. This work aims to characterize the thermomechanical behavior under representative conditions of two abradable materials, an AlSi-PE from the LPC and a CoNiCrAlY-hBN from the HPC. The experimental bench of the Split Hopkinson Pressure Bar allowed investigation in compression for strain-rates up to 103 s-1 and for temperatures up to 350°C and 800°C depending on the abradable material. Quasi-static tests in temperature completed this characterization of the compression response. In addition, dynamic shear tests and quasi-static and dynamic Brazilian tests were performed on the AlSi-PE abradable. This thermomechanical behavior characterization was able thanks to specimens extracted from thick abradable coatings. The AlSi-PE abradable was able to highly deform under compression loading. A sensibility to the strain-rate and the temperature was identified. The CoNiCrAlY-hBN abradable showed a fragile behavior with no sensibility to the temperature but a sensibility to strain-rate. The thermomechanical behavior in compression of both abradable, from 10-3 s-1 to 103 s-1 and temperatures were modeled with bilinears behavior laws. In addition, a plastic model based on the Johnson-Cook law is introduced for the AlSi-PE abradable.
Les revêtements abradables présents dans les joints d'étanchéité dynamiques des turboréacteurs sont impliqués dans des interactions sévères lors des contacts aubes/abradable. Suivant les étages du compresseur, celles-ci se produisent dans des environnements pouvant atteindre 350°C à 800°C, respectivement pour le compresseur basse pression (CoBP) et haute pression (CoHP). La vitesse de rotation élevée des aubes est à l'origine de chargements dynamiques complexes combinant compression, traction et cisaillement dans les revêtements abradables. La connaissance du comportement thermomécanique de ces matériaux sous sollicitations extrêmes est un point crucial dans la compréhension des interactions aubes/abradable et leur simulation numérique. Ces travaux proposent de caractériser le comportement thermomécanique en conditions représentatives de chargement pour deux matériaux abradables, un AlSi-PE du CoBP et un CoNiCrAlY-hBN du CoHP. Le banc expérimental des barres d'Hopkinson (SHPB) a permis de réaliser une étude du comportement en compression de ces abradables pour des vitesses de l'ordre de 103 s-1 et en température jusqu'à 350°C et 800°C en fonction du type d'abradable considéré. Des essais quasi statiques en température ont complété la caractérisation en compression des deux matériaux abradables de l'étude. En complément, des essais de cisaillement dynamique et de chargements complexes, dits essais brésiliens, quasi statiques et dynamiques ont été entrepris dans le cas de l'abradable AlSi-PE. L'intégralité de ce travail de caractérisation thermomécanique a été rendu possible grâce à la capacité d'obtenir des éprouvettes à partir de revêtements abradables bruts projetés sur de fortes épaisseurs. L'abradable AlSi-PE a montré un comportement ductile en compression dépendant fortement de la vitesse de déformation et de la température. L'abradable CoNiCrAlY-hBN exhibe quant à lui un comportement plus fragile en compression non sensible à la température mais sensible à la vitesse déformation. Le comportement thermomécanique en compression, sur une large plage de vitesse de déformation variant de 10-3 s-1 à 103 s-1 et en température des abradables AlSi-PE et CoNiCrAlY-hBN, a été modélisé à l'aide de lois de comportement bilinéaires. En complément, un modèle plastique se basant sur la formulation de Johnson-Cook a également été introduit dans le cas de l'abradable AlSi-PE.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-02877184 , version 1 (22-06-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02877184 , version 1

Citer

Stéphane Skiba. Caractérisation thermomécanique et détermination de lois de comportement de revêtements abradables de compresseurs basse et haute pression de turboréacteurs pour de larges gammes de vitesses de déformation et de températures. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université de Lorraine, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LORR0324⟩. ⟨tel-02877184⟩
83 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More