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POURVU - Modélisation et validation expérimentale de la tenue d'une chambre de combustion sous sollicitations thermomécaniques

POURVU - Modélisation et validation expérimentale de la tenue d'une chambre de combustion sous sollicitations thermomécaniques

PROVIDED - Modeling and experimental validation of the holding of a combustion chamber under thermomechanical loading

Proposition de thèse

Spécialité

Mécanique

Ecole doctorale

Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique

Directeur de thèse

MAUREL Vincent

Co-encadrant

KOSTER Alain

Unité de recherche

Centre des Matériaux

ContactAlain KOSTER
Date de validité

01/10/2019

Site Webhttp://www.mat.mines-paristech.fr/Accueil/Propositions-de-theses/
Mots-clés

endommagement, analyse de rupture, mesure de champs, fatigue thermomécanique, modélisation par éléments finis

Damage, failure analysis, fiels measurments , Thermomechanical fatigue, FEA

Résumé

Les chambres de combustion des turbomachines aéronautiques, situées entre le compresseur haute pression et la turbine haute pression, sont soumises à de fortes contraintes thermiques et mécaniques. Ces sollicitations extrêmes peuvent endommager la chambre et provoquer l'apparition de criques.
La compétitivité, enjeu majeur des motoristes, passe notamment par la satisfaction des compagnies aériennes en termes de fiabilité et de coûts de possession (en particulier augmentation de la disponibilité du matériel et meilleure prévision des intervalles de maintenance). Les durées de vie revendiquées par les motoristes forment ainsi un enjeu crucial dans le choix des clients en supplément des performances de bruit, de consommation spécifique et de rendement.
L'enjeu de la thèse pour Safran est d'améliorer les méthodologies de prévision des calculs de durée de vie à l'amorçage des chambres de combustion.

Context and challenges: Combustion chambers are bearing complex thermo-mechanical fatigue (TMF) loading leading to crack initiation. The complexity of the geometry (including cooling holes) and severe evolution in time and space of temperature and subsequent temperature and mechanical gradients is a key issue for design.
Scientific objectives: This study aims at modelling crack initiation and micro-crack growth under representative condition of TMF loading in presence of temperature and mechanical gradients. Understanding of damage mechanisms is a key point of the global analysis.
Methodology: The PhD will address both experimental and numerical analysis, and will be sequentially achieved:
- state of the art (academic and industrial know-how) ;
- design of an experimental set-up with temperature gradient in a simple geometrical pattern representative of the component;
- building of new modelling methodology for component life assessment, identification on lab-experimental data;
- application to industrial component

Contexte

Les chambres de combustion des turbomachines aéronautiques, situées entre le compresseur haute pression et la turbine haute pression, sont soumises à de fortes contraintes thermiques et mécaniques. Ces sollicitations extrêmes peuvent endommager la chambre et provoquer l'apparition de criques.
La compétitivité, enjeu majeur des motoristes, passe notamment par la satisfaction des compagnies aériennes en termes de fiabilité et de coûts de possession (en particulier augmentation de la disponibilité du matériel et meilleure prévision des intervalles de maintenance). Les durées de vie revendiquées par les motoristes forment ainsi un enjeu crucial dans le choix des clients en supplément des performances de bruit, de consommation spécifique et de rendement.
L'enjeu de la thèse pour Safran est d'améliorer les méthodologies de prévision des calculs de durée de vie à l'amorçage des chambres de combustion

Encadrement

Directeur de Thèse : Vincent Maurel Professeur Centre des Matériaux
Co-encadrant : Alain Koster Ingénieur de recherche Centre des Matériaux
Thèse CIFRE Safran Aircraft Engine (SAE)

Profil candidat

Ingénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais (niveau B2 ou équivalent minimum). Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Capacités pédagogiques. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent.

Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) :
bases en mécanique des matériaux,
pratique des calculs aux éléments finis
gout pour les essais mécanique et l'analyse de microstructure

Pour postuler : Envoyer votre dossier à recrutement_these@mat.mines-paristech.fr comportant
· un curriculum vitae détaillé
· une lettre de motivation/projet personnel
· des relevés de notes L3, M1, M2
· 2 lettres de recommandation
· les noms et les coordonnées d'au moins deux personnes pouvant être contactées pour recommandation
· une attestation de niveau d'anglais
· copie de la carte d'identité ou du passeport

Typical profile for a thesis at MINES ParisTech: Engineer and / or Master of Science - Good level of general and scientific culture. Good level of knowledge of French (B2 level in french is required) and English. (B2 level in english is required) Good analytical, synthesis, innovation and communication skills. Qualities of adaptability and creativity. Teaching skills. Motivation for research activity. Coherent professional project.

Applicants should supply the following :
· a detailed resume
· a covering letter explaining the applicantÂ's motivation for the position
· detailed exam results
· two references : the name and contact details of at least two people who could be contacted
· to provide an appreciation of the candidate
· Your notes of M1, M2
· level of English equivalent TOEIC
to be sent to recrutement_these@mat.mines-paristech.fr

Objectif

Enjeux scientifiques
Les pièces visées sont des pièces soumises à de forts gradients de sollicitation mécanique et thermique associées à d'importantes variations temporelles typique des chargements de fatigue thermo-mécanique. Cette complexité de chargement et de structure pose la question des mécanismes conduisant à l'amorçage de fissure et à leur propagation éventuels. L'enjeu est donc de mettre au point à la fois des techniques expérimentales et numériques permettant de reproduire les endommagements observés sur structure. La sensibilité aux paramètres de chargement (gradients, vitesse d'évolution, température) est un point clé de l'étude.
Pour parvenir à cette compréhension, des essais complexes permettront de simuler des conditions de gradient spatiaux et temporels cohérents avec ceux connus sur pièce. La mesure des champs de température et de déplacement permettra d'affiner la connaissance de ces chargements. Une analyse systématique par microscopie électronique permettra de préciser les mécanismes d'endommagement dans ces conditions.
La modélisation des conditions expérimentales permettra d'établir des modèles d'endommagement tenant compte des paramètres mentionnés ci-dessus en recourant notamment à des méthodes aux éléments finis et des critères non-locaux. Ces méthodes seront évaluées en utilisant des modélisations basées sur l'amorçage ou la micro-propagation de fissure afin de comparer la qualité de ces modèles. Enfin, des cas de complexité croissante permettront d'estimer la robustesse des modèles ainsi établis.

Références

/

Type financement

Convention CIFRE

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