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Ghanem, Assaf. Contributions à la modélisation avancée des machines tournantes en dynamique transitoire dans le cadre Arlequin. Thèse. Villeurbanne : Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 2013. Disponible à la Bibliothèque Marie Curie.


Domaine(s) : D14 - Mécanique
Indice Dewey : 620.307 2
Langue : Français
Mots-clés : Mécanique appliquée, Machines tournantes, Vibration mécanique, Dynamique transitoire, Rotation de la structure, Ecoulements tournants, Méthode Arlequin, Elements finis, Analyse multi échelle, Multi-schémas, Décomposition de domaine, Rotating machine, Arlequin method, Finite elements, Structural dynamics turbo-machinery, Multi-scale modeling, Multi-schemes, Domain decomposition



Directeur(s) de thèse : Baranger, Thouraya N.
Etablissement de soutenance : INSA de Lyon
Etablissement de co-tutelle : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique - Villeurbanne
Laboratoire : Institut national des sciences appliquées de Lyon - Lyon, Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique - Villeurbanne, LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, UMR 5259 - Lyon, INSA, Ecole(s) Doctorale(s) : Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (Villeurbanne), Partenaire(s) de recherche : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, UMR 5259 (Lyon, INSA) (Laboratoire), Autre(s) contribution(s) : Hachmi Ben Dhia (Président du jury) ; Thouraya N. Baranger, Hachmi Ben Dhia, Serge Prudhomme, Frédéric Lebon, Patrick Cartraud, Alain Combescure, Mohamed Torkhani, Patrick Massin (Membre(s) du jury) ; Serge Prudhomme, Frédéric Lebon (Rapporteur(s))
Numéro national de thèse : 2013ISAL0006
Date de soutenance : 2013

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Résumé français : Les machines tournantes sont le siège de phénomènes vibratoires particuliers liés à des sources d'excitation variées dues à l'effet de rotation, au couplage vibrations/mouvements de rotation/écoulements tournants, à la symétrie périodique ou quasi-périodique des structures, et à l'amortissement interne et externe. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur le développement d'une méthodologie de couplage de modèles 1D poutre et 3D pour l'analyse dynamique avancée des machines tournantes. La méthode Arlequin est une méthode de raccord de modèles autorisant par l'intermédiaire d'une technique de superposition, de coupler des modèles numériques de nature différente. L'extension de cette méthode au cadre de la dynamique des machines tournantes offre la possibilité de mieux traiter les aspects énergétiques et propagation d'ondes à travers la zone de recouvrement. À cette fin, plusieurs points sont abordés. Le premier point concerne l'écriture du formalisme Arlequin en régime dynamique transitoire dans le cadre du raccord 1D-3D. À partir des formulations continue et discrétisée, les questions de couplage multi-schémas/multi-échelles en temps sont traitées en se basant sur la conservation de l'énergie globale des sous-domaines couplés. Dans le second point, une méthode de raccord multi-schémas/mono-échelle en temps fondée sur une pondération de type partition de l'unité des paramètres du schéma de Newmark dans la zone de collage est proposée. Elle permet de garantir l'équilibre énergétique du système global et assure la continuité des quantités cinématiques à l'interface. Puis cette approche est généralisée au cadre des raccords multi-schémas/multi-échelles. Ce nouveau formalisme autorise l'intégration numérique avec des schémas et des échelles de temps différents dans un contexte de raccord avec recouvrement tout en préservant l'équilibre énergétique global. Le dernier point traite deux volets principaux. Dans le premier volet, une formulation mixte ciblant les applications machines tournantes pour lesquelles un repère fixe et un autre tournant coexistent, est mise en place. Dans le second volet, le formalisme multi-schémas/multi-échelles en temps est étendu à la formulation mixte dans le but d'obtenir une approche générale permettant l'analyse de modélisations avancées de machines tournantes. La pertinence de ces travaux est illustrée par une application semi-industrielle représentant une application de type machines tournantes.


English abstract : Rotating machinery are subjected to specific vibratory phenomena related to various sources of excitation arising from rotation, vibration / rotation movements coupling, symmetry of the periodic or quasi-periodic structures, and internal and external damping. This work focuses on developing a methodology for coupling beam and 3D models for advanced dynamic analysis of rotating machinery. The Arlequin method is a multi-scale computation strategy allowing the coupling of numerical models of different nature through a technique of superposition. The extension of this method to the dynamics of rotating machinery framework offers the possibility of a better treatment of the energy aspects and wave propagation through the overlapping zone. To this end, several points are discussed. The first one concerns writing the Arlequin formalism in a transient dynamic regime for a 1D-3D coupling. Using the continuous and discrete formulations, questions regarding coupling different integration schemes and heterogeneous time scales are studied based on the total energy conservation of the coupled sub-domains. In the second point, a multi-scheme integration method based on a weighting partition of unity function of the Newmark s scheme parameters in the gluing zone is proposed. It ensures the energy balance of the overall system and the continuity of kinematic quantities at the interface. This approach is then generalized to a multi-scheme / multi-scale framework. Based on displacement continuity in the recovering area, this new formalism allows the numerical integration with different time scales and heterogeneous time schemes while preserving the overall energy balance. The last point deals with two main components. In the first phase, a mixed formulation aiming at rotating machinery applications where a rotating and a fixed frame coexist is developed. In the second phase, the multi-scheme / multi-scale framework is extended and applied to the mixed formulation in order to obtain a general approach for analyzing advanced modeling of rotating machinery. The relevance of this work is illustrated by a representative application of rotating machines.