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Systèmes, Analyse de --- System analysis

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L’environnement vibratoire auquel est soumise la structure d’un satellite ainsi que son matériel électronique embarqué, est particulièrement sévère. L’utilisation de dispositifs pyrotechniques (pour effectuer certaines opérations de vol) est à l’origine de chocs pyrotechniques qui se propagent dans la structure. Ces chocs ont engendré par le passé de nombreux dysfonctionnements, ce qui justifie le fait de devoir préalablement tester les composants spatiaux à une sollicitation semblable.
Le présent travail consiste à concevoir dans son intégralité une machine permettant de simuler l’effet d’un choc pyrotechnique sur un spécimen à tester. L’impact d’une plaque massive d’aluminium sur sa tranche par un marteau pendulaire, permet de produire une réponse en son extrémité (où sera placée une pièce à tester), dont le spectre de réponse au choc est typique d’un choc pyrotechnique. Différents paramètres sont modifiables, tels que la masse du marteau, sa hauteur de chute, ou encore les matériaux mis en contact lors du choc, car ils ont une influence sur la durée et la force de l’impact et modifient par conséquent le spectre de réponse au choc mesuré. Il s’agit alors d’ajuster correcte- ment la valeur de ces paramètres afin de se rapprocher le plus possible d’une spécification donnée. L’utilisation de barres fixées sur la plaque est également nécessaire, afin de contrôler l’amortissement de la réponse et d’ainsi pouvoir être davantage conforme avec les spécifications à respecter.
En parallèle à cette phase de tests expérimentaux qui permet de caractériser la machine, se mène celle de la modélisation par éléments finis de la plaque, permise grâce à une analyse modale expéri- mentale. Le but est de recaler au mieux le comportement dynamique de la plaque afin d’obtenir des résultats similaires lorsqu’on simule l’effet d’une force sur la plaque et qu’on en calcule la réponse grâce à la méthode de superposition modale. La précision relativement élevée des résultats par rapport aux spectres de réponses aux chocs obtenus expérimentalement, permet de se fier au modèle et de pouvoir ainsi déterminer à l’avance la durée du choc ainsi que la force nécessaire afin d’être conforme à une spécification donnée.

Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie mécanique

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Bladed disks (or blisks) used in jet engines' axial compressors are supposed to be cyclically symmetric. But some unavoidable deviations from blade to blade (called mistuning) due to manufacturing tolerances, the presence of defects or operational wear break the cyclic symmetry of blisks. It results in considerable changes in the dynamic behavior of the structures such as frequency splitting, dynamic strain energy localization and amplification of the forced response.

Companies developing cyclically symmetric structures, especially in the aero-space industry, are more and more interested in including mistuning early in development stages, in order to optimize the mass of parts by avoiding oversizing of the structures for design purposes.

This thesis aims to bring the knowledge, tools and procedures to Safran Aero Boosters in the identification of the mistuning in mono-stage blisks using an Inverse Component Mode Mistuning (Inverse CMM or ICMM) previously implemented using the emph{Python} programming language. Some influence studies are also performed to assess the robustness on an industrial case.

First, the identification of mistuning in this thesis is carried out on noiseless, simulated FRFs of a lowly damped, randomly mistuned numerical model of an industrial blisk made up of 36 sectors. The result of this identification, which is based only on the first blade modes family, is as correlation of 99.95\% between the mistuning pattern identified with the ICMM method and the known mistuning pattern introduced in the numerical model.

Then, influence studies on the amount of measured modes, the amount of tuned-system modes retained for the generation of the Inverse Reduced Order Model (IROM) used for the identification of mistuning, the introduction of simulated noise in the FRFs to get as close as possible to experimental measurements, and the choice of another blade-modes family, prove that the method is really robust when enough modes can be extracted from the modal analysis.

Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie aérospatiale --- Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie mécanique