Une prise en compte simplifiée et macroscopique de l’usure des matériaux abradables dansles moteurs d’avion est proposée. Ces revêtements sont positionnés sur les carters auniveau des sommets d’aubes. Plus spécifiquement, il s’agit d’inclure, au sein d’uneprocédure d’intégration en temps explicite dédiée à l’étude de l’interaction aube-carterpar contact mécanique, la prise en compte de l’évolution du profil d’usure en temps réel.Ce profil est mis à jour grâce à une loi de comportement plastique de l’abradable. Afin demaintenir des temps de calcul adaptés à des analyses paramétriques, les équations dumouvement de l’aube étudiée sont projetées sur un espace réduit construit selon laprocédure de synthèse modale de Craig-Bampton. Ce choix est motivé par la possibilité detraiter les contraintes de contact et les conditions d’usure directement dans l’espaceréduit. Il est montré que le comportement de ce matériau est à l’origine de zonesd’interaction dangereuses vis-à-vis de la stabilité de l’aube. Sous certaines conditions,l’utilisation de revêtements abradables semble très défavorable.

Le présent article propose une étude du comportement dynamique d'une structure représentative d'un réacteur nucléaire, soumis à unesollicitation de type choc, avec prise en compte des effets d'interaction fluide/structure. L'étude se place dans le contexte général de l'analyse vibratoirede systèmes linéaires, pour lesquels les méthodes d'analyse sont bien formalisées. L'utilisation de ces méthodes dans le contexte de problèmes couplés fluide/structureest étudiée dans cet article. Du point de vue méthodologique, une formalisation de la prise en compte des notions d'énergie de déformation et de massesmodales élasto-acoustiques est prise en compte. Du point de vue industriel, les effets de couplage élasto-acoustique sont évalués et leur influence sur la réponse au choc du systèmeétudié sont mis en évidence. L'analyse dynamique du système est réalisée en mettant en œuvre une approche temporelle, spectrale et statique. Les résultats de calculpour différents cas d'étude et différentes méthodes sont présentés, analysés et comparés : la méthode de calcul la plus appropriée au problème posé est la méthodespectrale avec recombinaison quadratique. Du point de vue numérique, la méthode de discrétisation utilisée repose sur une approche éléments-finis exploitant le caractèreaxi-symétrique du problème avec une représentation des inconnues du problème en série de Fourier. La modélisation du problème couplé est réalisée en formulationsymétrique écrite en pression/déplacement après élimination des degrés de liberté en potentiel des déplacements fluide. Le code éléments-finis mis en œuvre dans MATLABpour cette étude spécifique permet de disposer d'un cas de référence pour la validation du développement de la formulation (u, p, φ) dans le code decalcul généraliste Ansys.

Dans cet article, nous présentons une analyse théorique et numérique des problèmesélastoplastiques incrémentaux basés sur la méthode des éléments-finis (MEF) et l’analysenumérique. L’étude est faite sur un matériau élastoplastique parfait obéissant au critèrede von Mises. Le contact avec frottement sec de Coulomb à l’interface outil-pièce est prisen compte et formulé par la méthode du matériau standard implicite (MSI), proposée par DeSaxcé et al., ce qui conduit à un seul principe variationnel de minimum en déplacementpour lequel le contact et le frottement sont couplés dans la fonction bipotentiel nondifférentiable en certains points. En vue de contourner cette difficulté nous proposonsd’utiliser soit la méthode de régularisation soit le lagrangien augmenté avec l’algorithmede projection d’Uzawa. Par contre le problème de couplage est résolu par l’utilisationd’une procédure itérative basée sur la méthode du point fixe.

In this study, numerical models based on finite-element method are developed for severalapplications of fracture mechanics. The use of cracked specimens formed by differentmaterial properties has allowed us to analyse the effect of the crack position to theinterface and to have a well understanding of mismatch effect for the case of mixed modeof fracture. In other hand, we have noticed that it is very interesting to see the effectof the interface position and loading for the case of symmetrically cracked ring specimenunder compression loading.

This paper presents an approach for obtaining an optimized geometry for the flank of atooth by minimizing the equivalent contact stress. The stress calculation method is basedon Hertz theory. As the majority of tooth profiles are involute, the geometric variationof the flank of the tooth is achieved variationally relative to the involute profile. Theoptimum profile is obtained by Monte Carlo simulation. During this optimization, apolynomial expression of the tooth geometry is used. The parameters influencing thesimulation are the four characteristic contact points. The approach presented has beenapplied in a representative case. A study of the geometric sensitivity was conducted onthe optimized tooth profile. Two different approaches were considered: by Monte Carlosimulation and analytical propagation. The robust and linear nature of the behavior of thetooth profile was demonstrated when it was subjected to geometric variations.

The instability of a fluid inside a precessing cylinder is studiedtheoretically and experimentally. This study is motivated byaeronautics and geophysics applications. Precessional motion forceshydrodynamics waves called Kelvin modes whose structure andamplitude are predicted by a linear inviscid theory. When a forcedKelvin mode is resonant, a viscous and weakly nonlinear theory hasbeen developed to predict its saturated amplitude. We show that thisamplitude scales as Re1/2 for low Reynolds numbers and asθ1/3 (where θ is the precessing angle) for highReynolds numbers. These scalings are confirmed by PIV measurements.For Reynolds numbers sufficiently large, this forced flow becomesunstable. A linear stability analysis based on a triadic resonancebetween a forced Kelvin mode and two free modes has been carriedout. The precessing angle for which the flow becomes unstable ispredicted and compared successfully to experimental measurements. Aweakly nonlinear theory was developed and allowed to show that thebifurcation of the instability of precession is subcritical. It alsoshowed that, depending on the Reynolds number, the unstable flow canbe steady or intermittent. Finally, this weakly nonlinear theoryallowed to predict, with a good agreement with experiments, the meanflow in the cylinder; even if it is turbulent.

La solidification des alliages binaires est problématique dans la mesure où de nombreuses hétérogénéités susceptibles de fragiliser le produit apparaissent. Ces hétérogénéités peuvent être à la fois de composition (appelées ségrégations) et de structures. Les ségrégations présentent, en outre, l'inconvénient d'apparaître aussi bien à l'échelle mésoscopique (freckles) qu'à l'échelle du lingot (macroségrégation). Il apparaît que la gravité joue un rôle prédominant dans la formation et le devenir des hétérogénéités observées. S'affranchir de cette composante peut être un des enjeux des nouveaux procédés de solidification. Par ailleurs, les alliages de titane-aluminium présentent une solidification péritectique : au cours de la solidification péritectique deux phases solides sont présentes dans le lingot. Un modèle numérique de solidification basé sur le moyennage statistique a été établi qui prend en compte la spécificité de ces alliages. Les calculs menés en condition de microgravité et de convection forcée montrent que la convection au voisinage du front de solidification influence la localisation des hétérogénéités.

Ce travail fait suite à l'étude théorique de la réponse d'un système plaque-liquide infini, soumis à un champ de pression uniforme se déplaçant avec une vitesse constante [J. Renard, A. Langlet, O. Pennetier, Response of a large plate-liquid system to a moving pressure step. Transient and stationary aspects, J. Sound and Vibration 265 (2003) 699–724].Dans la première partie de cet article, après avoir rappelé les équations du problème, on applique la méthode numérique établie dans la référence précédente pour calculer la réponse dynamique couplée au champ de pression créé par une détonation.Dans la deuxième partie, on présente le montage expérimental grâce auquel la mesure des déformations sur une plaque reposant sur de l'eau permet de caractériser la réponse dynamique du système à une détonation.L'objectif principal de cet article est de montrer que la modélisation du couplage fluide-structure qui a été effectuée, décrit convenablement la réponse observée, en particulier les ondes accompagnant le front de chargement.

The paper concerns the transient thermal behavior of a conrod bearing in an automotive engine subjected to various running conditions. The thermal model is oil shear and contact friction heat generation components. The first part of the paper covers some of the industrial and scientific aspects related to bearings seizure, and emphasizes the importance of removing this failure mechanism as early as the incipient development stages of new automotive engines. The second part concerns several of the broad array of factors that approximate a seizure mechanism. In the third and final part, the mathematical model for conrod bearings seizure is revealed. The objective of the paper is to confirm the conrod seizure model’s utility, complementary with more refined approaches such as the thermo-elasto-hydrodynamic approach.

Ce travail a pour but l’étude du comportement dynamique d’un problème d’interactionfluide-structure. Pour cela, on utilise une méthode semi-analytique basée sur laprojection modale. Les résultats obtenus seront comparés avec une solution numérique,obtenue à l’aide du logiciel Comsol Multiphysics. Le problème étudié estissu d’un dispositif expérimental développé en (Hault-Dubrulle, 2007, Thèse de doctorat).On calcule certains paramètres dynamiques afin de quantifier la séverité d’un choc.

Heat release rate fluctuations are the source of combustion instabilities that causerecurrent problems in many combustors. These quantities are difficult to measure andoptical techniques are generally implemented. The initial validation of an alternativemethod is presented in the case of pulsated laminar premixed flames. The technique relieson determining the travel time of ultrasonic waves propagating through the flow. The linkbetween heat release rate fluctuations and perturbations in the travel time of ultrasonicwaves is established. Measurements made with this method are compared with opticalmeasurements and an analytical model. A good agreement is obtained for the gain and phaseof the transfer function between perturbations in the sound travel time and heat releaserate disturbances when the flame is submitted to harmonic modulations of the flow. Thiswork validates the principle of the proposed technique and lays the foundations for futuredevelopments.

Dans ce travail, une optimisation multi-objectifs est appliquée afin de trouver les valeurs optimales des paramètres de construction (paramètres d'inertie, de suspension et géométriques) d'un véhicule ferroviaire. Ces valeurs permettent d'avoir une bonne stabilité transversale lors de la circulation du véhicule en alignement et un bon comportement en courbe. Au début, on commence l'étude par une optimisation de la stabilité transversale du véhicule, ensuite, une optimisation de son comportement en courbe est faite. Les résultats ont montré qu'il y a incompatibilité entre une bonne stabilité transversale et un bon comportement en courbe. La méthode d'optimisation utilisée est la méthode des algorithmes génétiques qui est implémentée sous MATLAB.

For the unsteady simulation of compressible subsonic flows (Large Eddy Simulation orDirect Numerical Simulation), the proper handling of the inlet boundary is a challengingtask. Indeed, inflow generation through imposition of the velocity may lead to anon-physical reflection of the upstream acoustic waves. In the present contribution, amethod that allows both filtering of these waves and proper imposition of the requiredvariables is proposed. This method is based on identification of the roles of the temporalrate of change of wave amplitudes at the inlet in the low Mach number regime. Theformulation obtained is tested numerically on unsteady one-dimensional flows at low Machnumber for which the unsteady inlet velocity signal is purely harmonic or harmonic withthe superimposition of synthetic turbulence.

The power density of a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) depends on severalparameters. The contact resistance between the bipolar plate (BPP) and the gas diffusionlayer (GDL) and the porosity of the GDL are two main parameters involved in theperformance of the PEMFC. The purpose of this work is to develop a numerical model todescribe the contact behavior (contact zone, contact force) on the interfaces between thedifferent layers in order to propose an optimal structure for the high performance of PEMfuel cells. Numerical results can help to increase the knowledge of fuel cell’sperformance and to determine the optimal structure which can be used in the design of fuelcells.

L’étude porte sur la modélisation thermomécanique de dépôts de zircone obtenus parprojection plasma sur substrat en acier inoxydable avec une sous-couche intermédiaire enNiCrAlY. Ces dépôts sont utilisés pour la réalisation de barrières thermiques.Typiquement, un dépôt de quelques centaines de micromètres induit une diminution du niveaude température du substrat de quelques centaines de degrés suivant le flux thermique. Lasous-couche de NiCrAlY permet une adaptation des valeurs des coefficients de dilatationentre le substrat et le dépôt et assure une transition favorisant ainsi l’adhérence finaledu dépôt. Un modèle avec prise en compte des propriétés élastiques est développé au seindu logiciel industriel ABAQUS basé sur une approximation éléments-finis permettant uneétude paramétrique de cette technique.

We discuss, in this paper, a common flux-free method for the computation of strict errorbounds for linear and nonlinear finite-element computations. In the linear case, the errorbounds are on the energy norm of the error, while, in the nonlinear case, the concept oferror in constitutive relation is used. In both cases, the error bounds are strict in thesense that they refer to the exact solution of the continuous equations, rather than tosome FE computation over a refined mesh. For both linear and nonlinear solid mechanics,this method is based on the computation of a statically admissible stress field, which isperformed as a series of local problems on patches of elements. There is no requirement tosolve a previous problem of flux equilibration globally, as happens with othermethods.

Dans cet article, nous allons présenter les résultats d'une étude comparative des caractéristiques mécaniques de boulons en acier 42CrMo4 de fabrication standard et spéciale. Cette étude porte principalement sur l'influence de la chronologie des phases de fabrication des vis sur les caractéristiques mécaniques statiques et en fatigue. Cette chronologie concerne le traitement thermique et le roulage à froid. Si aucune influence n'est visible sur la tenue statique des boulons, l'influence sur la tenue en fatigue est très importante. Par ailleurs, indépendamment du type de fabrication, nous avons remarqué que les zones de rupture sont différentes selon que l'on procède à un essai statique ou à un essai de fatigue. Dans le premier cas, la rupture a lieu dans la longueur filetée libre de prise avec l'écrou tandis qu'en fatigue, la rupture a lieu au niveau du premier filet en prise avec l'écrou. Ces différences de comportement observées expérimentalement sont corroborées par des simulations par la méthode des éléments-finis que nous avons mises en œuvre dans le cadre d'un travail sur la tenue en service des assemblages boulonnés.

Turbochargers are widely used in Diesel engines as a means of increasing the output power. Most of them are fitted with radial or mixed flow turbines. In applications where high boost pressure is required, radial turbines are replaced with mixed flow turbines with positive rotor inlet blade angle so that they can achieve a maximum efficiency at a lower value of blade speed to isentropic expansion velocity ratio than the usual 0.7 (for radial turbines). This study, performed with the ICEM and CFX softwares of ANSYS, presents a numerical performance prediction of a mixed flow turbine for a wide range of rotational speeds and pressure ratios. The influence of the clearance between the rotor tip blades and the casing on the turbine performances is also investigated. A simulation of the turbine under pulsed inlet flow conditions is also presented.

Les roues aubagées assemblées peuvent posséder beaucoup de zones de contact. À cause des déplacements relatifs aux interfaces, l’usure par fretting est possible, elle affecte négativement la durée de vie de la structure. Il existe des méthodes pour prédire l’usure par fretting dans une analyse quasi-statique. Cependant elles ne permettent pas de prédire tous les phénomènes observés dans les attaches d’aubes de systèmes industriels. Un traitement numérique de l’usure par fretting sous chargement vibratoire est proposé. La méthode est basée sur la DLFT (Dynamical Lagrangian Frequency Time method). Elle permet de modéliser un contact unilatéral avec la loi de frottement de Coulomb. L’idée de base est de séparer le temps en deux échelles : l’échelle lente pour les phénomènes tribologiques et une échelle rapide pour la dynamique. Sur un nombre choisi de périodes l’état est supposé stationnaire et les variables sont décomposées en séries de Fourier. Des investigations numériques, sur roues aubagées avec une interface de contact avec frottement, illustrent les performances de la méthode et montrent le couplage entre dynamique et tribolologie.