WO2014184469A1 - Banc d'essai combinant sollicitation tribologique haute frequence et fatigue oligocyclique - Google Patents

Banc d'essai combinant sollicitation tribologique haute frequence et fatigue oligocyclique Download PDF

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WO2014184469A1
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test
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fatigue
test bench
test piece
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PCT/FR2014/051073
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Laurent Houze
Jean Philippe LAPUYADE
Franck VERNIS
François VOGEL
Jean Vincent Manuel MERIAUX
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Turbomeca
Snecma
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    • G01N2203/0262—Shape of the specimen
    • G01N2203/027—Specimens with holes or notches

Definitions

  • the present invention relates to a test bench combining high-frequency tribological loading and low-cycle fatigue, also known as a fretting fatigue test, this test bench being intended to reproduce a turbomachine blade-disk attachment.
  • turbomachine parts are subjected to complex stresses superimposing solicitations polycyclic (vibratory) and oligocyclic.
  • the characterization becomes very complex when a tribological request is added as for a blade-disk attachment.
  • test means When the test means are intended to reproduce a contact geometry close to a blade-disk attachment, usually single-ended, these means are also limited in terms of the combination of the stresses. These test means are also not configured to combine oligocyclic and polycyclic high temperature cycles.
  • test means of the prior art even those dedicated to contact wear and fatigue tests, do not therefore make it possible to reliably analyze a blade-rotor disk fastener and representative of a real fastener. operating condition.
  • the present invention is intended in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem.
  • the invention proposes a test bench combining high-frequency tribological loading and low-cycle fatigue, comprising a first specimen fixed to a frame and defining at least one bearing surface, and a second specimen which is connected to traction means for soliciting the second test piece resting on the or each bearing surface of the first specimen and performing an oligocyclic fatigue test, one of the specimens comprising a part having the shape of a turbine engine rotor blade root and being engaged in a groove of substantially complementary shape to the other of the specimens for reproducing a turbine blade blade-disk attachment, the bench further comprising means for heating the specimens and vibratory stressing means of the specimens to perform a fretting fatigue test, and being characterized in that it comprises means for adjusting the position of the specimens around an axis pa is connected to the traction axis, and locking means of these specimens in a position around this axis.
  • the test piece having the blade-shaped portion is for example connected to the traction means, and the other test piece comprising the groove is then fixed to the frame.
  • the aim of the invention is thus to propose a novel experimental test bench, by enabling a blade-disk attachment subjected to a fretting fatigue stress to be characterized, combining an oligocyclic cycle representing a flight engine (centrifugal force), a polycyclic cycle representing the vibrations resulting from the operation of the aircraft and the engine by ensuring a sliding between the bearing surfaces.
  • a particularity of the invention is to make it possible to get as close as possible to the modes of vibratory stressing of the dawn which are sometimes complex and at high frequencies, as well as the actual thermal conditions of use of the dawn, while ensuring and controlling sliding in the contact areas.
  • the invention thus makes it possible to best reproduce the conditions seen by a rotor blade in operation.
  • test pieces may be made of identical or different materials. In the case where they are made of different materials, the test bench makes it possible to characterize the pairs of materials in contact.
  • the heating means can make it possible to heat the test pieces to a temperature of approximately 800 ° C., that is to say up to a temperature representing the actual conditions of use of a rotor blade root. turbine engine.
  • the test bench is configured so that the blade root portion of the first specimen and the groove of the second specimen are located in a belly of a first vibration mode of the bench. This makes it possible to maximize the sliding and deformation amplitudes of the specimens.
  • the blade root-shaped part preferably has a shape and dimensions close to those of a real turbomachine rotor blade, so as to reproduce as accurately as possible a blade-disk fastener.
  • the specimens may be sized to be compatible with available sizes of single crystals. This makes it possible to characterize these single crystals and to consider the study of machining and geometrical parameters on the behavior of a pair of materials (influence of the games in the blade-disk attachment, superficial metallurgical health, etc.).
  • the test piece comprising the groove is preferably sufficiently rigid in order to avoid a excessive deformation thereof due to the major mechanical stresses to which it is subjected.
  • the biasing means may comprise a vibratory pot which solicits a portion of the bank to a frequency of about 2000 Hz, and preferably between 1000 and 2000 Hz.
  • the bench thus makes it possible to work at high frequencies close to the eigenfrequencies of a rotor blade.
  • the eigenfrequencies of the specimens can be modified by suitable resizing of the excitation means.
  • one of the test pieces is connected to the frame by an I-shaped piece with flexible median part, and the other of the test pieces is connected to the traction means by another I-shaped piece with flexible median part.
  • the I-pieces are intended to be excited by the biasing means.
  • the adjustment and locking means may comprise screws which are also used for fixing the specimens to the I-pieces.
  • the part of the test piece in the form of a blade root may be of the dovetail (monolobe) or fir (trefoil) type.
  • the present invention also relates to a method of implementing a fatigue and wear test bench, this test bench comprising a test piece connected to traction means and comprising a part having the shape of a test piece.
  • the method is remarkable in that it comprises, before the preceding step, a step of adjusting and blocking the position of the specimens around an axis parallel to the axis of traction.
  • FIG. 1 is a very schematic view of the attachment of a blade root in a groove of a rotor disc of a turbomachine
  • FIG. 2 is a very schematic view of a test bench according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of another test bench according to the invention.
  • FIG. 4 is a partial schematic perspective view of the test pieces of a test bench according to the invention.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrammatic perspective views of the test pieces of FIG. 4,
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of the test pieces of another test bench according to the invention.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of one of the specimens of FIG. 7, and
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of the means for fixing a test piece to an I-piece of the bench of FIG. 3.
  • Figure 1 shows schematically a disk-blade attachment of a turbomachine, the blade 10 being a rotor blade having a foot 12 which is engaged in a groove 14 of the periphery of a disk 16, this disk having an annular row of grooves 14 of this type of reception of the feet of several blades.
  • the assembly formed by the disc 16 and the blades 10 form a rotor wheel for example of a turbine of the turbomachine.
  • the foot 12 is here dovetail.
  • the blade 10 In operation, the blade 10 is subjected to centrifugal forces (arrow 18) and its blade has a tendency to oscillate (arrow 20), which causes the support and sliding of the lateral parts called blade root threads 12 on 22 lateral surfaces of the groove 14 of the disk.
  • the arrows 24 represent normal forces that apply to the surfaces facing the blade root 12 and the groove 14, and the arrows 26 design shear forces that apply to these surfaces.
  • FIG. 2 schematically represents an embodiment of a test bench according to the invention, which is designed to reproduce a blade-disk fastener subjected to an LCR (Low Cycle Fatigue) and a polycyclic fatigue loading ( HCF:
  • the test bench 100 comprises a first portion 102 connected to traction means (arrow 104), and a second portion 106 connected to a fixed frame 108.
  • the first part 102 comprises a male specimen 1 10 which comprises a portion 1 12 shaped at the bottom of the blade and which is connected to the traction means.
  • These traction means comprise for example a jack whose free end of the rod is connected to the test tube 1 10 and whose cylinder is carried by a fixed part of the test bench 100.
  • This jack is preferably oriented parallel to an axis of elongation of the male specimen 1 10 and is intended to reproduce the centrifugal forces to which a rotor blade is subjected in operation.
  • the second portion 106 of the test bench 100 comprises a female test piece 1 14 comprising a groove 1 16 for engaging the above-mentioned part 1 12 of the test piece 1 10.
  • At least one of the means 18, 120 for connecting the male specimen 1 10 to the traction means and the female specimen 1 14 to the frame 108 is biased by means 122 for excitation, such as a vibratory pot, for subjecting the blade-disk fastener to high frequency vibrations (1000Hz-2000Hz - arrow 124) for reproducing vibrations to which a rotor blade is subjected in operation.
  • the test bench according to the invention comprises means 126 for heating the aube-disk fastener, up to a temperature of 800 ° C for example.
  • each of these connection means comprises a piece 18, 120 in the form of I.
  • Each piece 18, 120 comprises two substantially parallelepipedal and parallel solid blocks 126 which are interconnected by a wall 128. flexible perpendicular to the blocks.
  • the female test piece 1 14 is applied and fixed by screws on one of the blocks 126 of the part 120, the other block 126 is fixed to the frame 108, and the male test piece 1 10 is applied and fixed by screws on a blocks 126 of the part 1 18, the other block 126 is attached to the traction means.
  • the flexible walls 128 of the I-pieces are substantially coplanar.
  • Figure 3 shows schematically the test stand 100 which is deformed according to a first mode 130 of vibration.
  • the blade-disk fastener is situated at a vibration belly 132 of this first mode, so that the slips between the male test piece and the female test piece have a maximum amplitude.
  • the invention can use a vibratory pot which is coupled to the mooring line of the male specimen 1 10.
  • the principle of the test is therefore to seek the natural frequencies of the system in order to to have the highest energy at the contact, to reach high frequencies (up to 2000 Hz) and to ensure a relative slip between the specimens.
  • Eigen frequencies and Amplitudes can be displaced by varying the moment of inertia of the pieces 1 1 18, 120 in the direction of excitation.
  • the peculiarity is to be able, while working at high temperatures representative of the targeted applications, to play a fine way on the sliding conditions by modifying the rigidity of the mooring line in order to move the clean modes and to play on the direction of sliding.
  • FIGS. 4 to 6 show first embodiments of the blade-blade fastener and in particular of the male test piece 1 10, 1 10 'and the female test piece 1 14, 1 14' of the bench 100.
  • the portion 1 12, 1 12 'of the male test piece shaped at the bottom of the blade is of the fir type, the portion 1 12 of the male test piece of FIG. 4 being of the balsam fir type and that of the FIG. 5 being of the trilobal fir type.
  • FIG. 6 represents a female test piece 1 14 'having a groove 1 16' of complementary shape to the part 1 12 'of the male test piece of FIG. 5.
  • the part 1 12, 1 12 'of the male test piece 1 10, 1 10' is mounted with a small clearance in the groove 1 16, 1 16 'of the female test piece, as is the case in a dawn fastener -disk real.
  • the test specimens may each comprise a cylindrical body, as shown in FIGS. 7 and 8. Each of these bodies may be fixed to or integral with a fixing plate to a workpiece 18, 120.
  • FIG. the plate 134 for fixing the female test piece 1 14 to the I-piece 120, the fixing plate of the male test piece 1 10 to the other piece 1 1 18 may be identical to this plate.
  • the plate 134 has a circular contour and comprises screw holes 136 for fixing the female specimen which are intended to be screwed into tapped orifices of a block 126 of the workpiece 1120.
  • the position of the blade-disk fastener around the traction axis A can be adjusted and locked, for example by means of the screws 136.
  • the screws 136 are preferably mounted with clearance in the passage openings of the plate 134 so as to allow an angular movement, by example of a few degrees, around the axis A of the female test piece 1 14 and the plate 134, when the screws 136 are loosened.
  • the tightening of the screws 136 ensures the locking of the female specimen 1 14 and the plate 134 in this position.
  • the male test piece 1 10 and its fixing plate are advantageously mounted in the same way, that is to say in an adjustable manner about the axis A vis-à-vis the piece I 1 18 on which they are fixed.
  • the position of the male specimen 1 10, of the female specimen 1 14 and their fixing plates around the axis A is set, the angular offsets of the male specimen 1 10 and the female specimen 1 14 around the axis A being of the same values and in the same direction.
  • the invention presented here makes it possible to reproduce the different stresses seen by a blade which may have an influence on the behavior of the attachment to fretting fatigue. This makes it possible to ensure perfect reproducibility of the application and opens the way to the study of numerous parameters in order to be able to determine their respective weights and the possible ways of improvement.
  • One of the peculiarities of the invention is that it makes it possible to adjust complex parameters to be implemented, such as the frequency level, the amplitude of the LCF cycles and the combination of complex eigen modes, thanks to the modification of the I-pieces and the possible orientation of these with respect to the vibratory stress axis.
  • the vibratory excitation direction (arrow 140) is perpendicular to the bearing surfaces between the male test piece and the female test piece.
  • the modification of this orientation (permitted by the aforementioned screws 136) makes it possible to reach complex eigen modes superimposing flexion and torsion.

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Abstract

Banc (100) d'essai combinant sollicitation tribologique haute fréquence et fatigue oligocyclique, comprenant une première éprouvette (114) fixée à un bâti (108) et définissant au moins une surface d'appui, une deuxième éprouvette (110) qui est reliée à des moyens de traction pour solliciter la deuxième éprouvette en appui sur la ou chaque surface d'appui de la première éprouvette, des moyens (126) de chauffage des éprouvettes et des moyens (122) de sollicitation vibratoire des éprouvettes pour réaliser un essai en fretting fatigue et fatigue oligocyclique et polycyclique, l'une des éprouvettes comprenant une partie (112) ayant la forme d'un pied d'aube de rotor de turbomachine et qui est engagée dans une rainure (116) de forme sensiblement complémentaire de l'autre des éprouvettes pour reproduire une attache aube-disque de turbomachine. Banc (100) d'essai combinant sollicitation tribologique haute fréquence et fatigue oligocyclique, comprenant une première éprouvette (114) fixée à un bâti (108) et définissant au moins une surface d'appui, une deuxième éprouvette (110) qui est reliée à des moyens de traction pour solliciter la deuxième éprouvette en appui sur la ou chaque surface d'appui de la première éprouvette, des moyens (126) de chauffage des éprouvettes et des moyens (122) de sollicitation vibratoire des éprouvettes pour réaliser un essai en fretting fatigue et fatigue oligocyclique et polycyclique, l'une des éprouvettes comprenant une partie (1 12) ayant la forme d'un pied d'aube de rotor de turbomachine et qui est engagée dans une rainure (116) de forme sensiblement complémentaire de l'autre des éprouvettes pour reproduire une attache aube-disque de turbomachine.

Description

BANC D'ESSAI COMBINANT SOLLICITATION TRIBOLOGIQUE HAUTE FREQUENCE
ET FATIGUE OLIGOCYCLIQUE
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un banc d'essai combinant sollicitation tribologique haute fréquence et fatigue oligocyclique, aussi connu sous le nom d'essai en fretting fatigue, ce banc d'essai étant destiné à reproduire une attache aube-disque de turbomachine
ETAT DE L'ART
De nombreuses pièces de turbomachine sont soumises à des sollicitations complexes superposant sollicitations polycyclique (vibratoire) et oligocyclique. La caractérisation devient très complexe lorsque se rajoute une sollicitation tribologique comme pour une attache aube-disque.
C'est le cas pour une aube de turbine, qui est sollicitée par un effort centrifuge dû à la rotation de la turbine, un effort vibratoire dû à l'environnement et à sa mise en résonance. Ces deux sollicitations entraînent un glissement du pied d'aube sur les portées latérales de l'alvéole du disque, dans laquelle est engagé le pied d'aube. La connaissance de cet aspect tribologique est primordiale car le pied d'aube est alors soumis à un endommagement du type fretting fatigue. Ce domaine de sollicitation est encore peu étudié mais sa connaissance et la maîtrise des risques liés sont un enjeu majeur pour les années à venir.
Pour palier à cette lacune, on caractérise et on étudie ces contacts par le biais d'essais très simplifiés, a des fréquences très différentes de celles vues pas les pièces de la turbomachine, parfois même a des températures beaucoup plus faibles en ne sollicitant les surfaces de contact que par un cycle de glissement alternatif simple alors que plusieurs types de sollicitation se superposent.
Dans le cadre de l'étude des endommagements en fretting fatigue, on distingue dans la technique actuelle deux différentes familles de moyens expérimentaux :
1 / les essais de fretting fatigue dits conventionnels, visant une étude pointue du contact avec une parfaite maîtrise des conditions locales appliquées au contact entre les éprouvettes. En général, ces essais sont très instrumentés et permettent d'avoir accès aux grandeurs tribologiques importantes (déplacement, coefficient de frottement, etc.), et 21 les essais de fretting fatigue technologiques, visant à se rapprocher au mieux de l'application et de la sollicitation à étudier. Par rapport aux précédents, ceux-ci perdent en instrumentation mais gagnent en représentativité.
Les essais de fretting fatigue conventionnels sont réalisés sur des éprouvettes de géométrie standard très éloignées de l'application attache aube/disque et ne permettent pas de combiner les sollicitations précédemment décrites. Nous retrouvons en général des moyens d'essai capables d'atteindre des fréquences maximales de 1 00 Hz et ne combinant pas des cycles oligocyclique et polycyclique à haute température.
Lorsque les moyens d'essai visent à reproduire une géométrie de contact proche d'une attache aube-disque, en général monolobe, ces moyens sont également limités en termes de combinaison des sollicitations. Ces moyens d'essai ne sont pas non plus configurés pour combiner des cycles oligocyclique et polycyclique à haute température.
Le moyens d'essai de la technique antérieure, mêmes ceux dédiés à des essais d'usure de contact et en fatigue, ne permettent donc pas d'analyser de manière fiable une attache aube-disque de turbomachine et représentative d'une attache réelle en condition de fonctionnement.
La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention propose un banc d'essai combinant sollicitation tribologique haute fréquence et fatigue oligocyclique, comprenant une première éprouvette fixée à un bâti et définissant au moins une surface d'appui, et une deuxième éprouvette qui est reliée à des moyens de traction pour solliciter la deuxième éprouvette en appui sur la ou chaque surface d'appui de la première éprouvette et réaliser un essai en fatigue oligocyclique, l'une des éprouvettes comprenant une partie ayant la forme d'un pied d'aube de rotor de turbomachine et étant engagée dans une rainure de forme sensiblement complémentaire de l'autre des éprouvettes pour reproduire une attache aube-disque de turbomachine, le banc comprenant en outre des moyens de chauffage des éprouvettes et des moyens de sollicitation vibratoire des éprouvettes pour réaliser un essai en fretting fatigue, et étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de la position des éprouvettes autour d'un axe parallèle à l'axe de traction, et des moyens de blocage de ces éprouvettes dans une position autour de cet axe.
L'éprouvette ayant la partie en forme de pied d'aube est par exemple reliée aux moyens de traction, et l'autre éprouvette comportant la rainure est alors fixée au bâti. L'invention vise ainsi à proposer un banc d'essai expérimental inédit, en permettant de caractériser une attache aube-disque soumise à une sollicitation de fretting fatigue, combinant un cycle oligocyclique représentant un vol moteur (effort centrifuge), un cycle polycyclique représentant les vibrations issues du fonctionnement de l'aéronef et du moteur en assurant un glissement entre les surfaces d'appui. Une particularité de l'invention est de permettre de se rapprocher au mieux des modes de sollicitation vibratoire de l'aube parfois complexes et à fréquences élevées, ainsi que des conditions thermiques réelles d'utilisation de l'aube, tout en assurant et en maîtrisant un glissement dans les zones de contact.
Enfin la possibilité de réglage et de blocage de la position des éprouvettes autour d'un axe parallèle à l'axe de traction permet de régler le sens de sollicitation et par conséquent d'atteindre des modes de résonnance complexes pouvant combiner flexion et torsion par exemple.
L'invention permet donc de reproduire au mieux les conditions vues par une aube de rotor en fonctionnement.
Les éprouvettes peuvent être réalisées dans des matériaux identiques ou différents. Dans le cas où elles sont réalisées dans des matériaux différents, le banc d'essai permet de caractériser les couples de matériaux en contact.
Les moyens de chauffage peuvent permettre de chauffer les éprouvettes jusqu'à une température de 800 ° C environ, c'est-à-dire juscu'à une température représentant les conditions réelles d'utilisation d'un pied d'aube de rotor de turbomachine.
Avantageusement, le banc d'essai est configuré de façon à ce que la partie en forme de pied d'aube de la première éprouvette et la rainure de la deuxième éprouvette soient situées dans un ventre d'un premier mode de vibration du banc. Ceci permet de maximiser les amplitudes de glissement et de déformation des éprouvettes.
La partie en forme de pied d'aube a de préférence une forme et des dimensions proches de celles d'une aube réelle de rotor de turbomachine, de façon à reproduire le plus fidèlement possible une attache aube-disque. Les éprouvettes peuvent être dimensionnées pour être compatibles avec des tailles de bruts de monocristaux disponibles. Ceci permet de caractériser ces monocristaux et d'envisager l'étude des paramètres d'usinage et géométrique sur le comportement d'un couple de matériaux (influence des jeux dans l'attache aube-disque, santé métallurgique superficielle, etc.). L'éprouvette comportant la rainure est de préférence suffisamment rigide afin d'éviter une déformation trop importante de celle-ci du fait des sollicitations mécaniques importantes auxquelles elle est soumise.
Les moyens de sollicitation peuvent comprendre un pot vibrant qui sollicite une partie du banc jusqu'à une fréquence de 2000Hz environ, et de préférence comprise entre 1000 et 2000Hz. Le banc permet ainsi de travailler à des fréquences élevées proches des fréquences propres d'une aube de rotor. Les fréquences propres des éprouvettes peuvent être modifiées par un redimensionnement adapté des moyens d'excitation.
Avantageusement, l'une des éprouvettes est reliée au bâti par une pièce en forme de I à partie médiane flexible, et l'autre des éprouvettes est reliée aux moyens de traction par une autre pièce en forme de I à partie médiane flexible. Les pièces en I sont destinées à être excitées par les moyens de sollicitation. Par le calcul et l'adaptation de leur moment d'inertie dans le sens de l'excitation vibratoire, il est possible de modifier les modes propres de la ligne d'amarrage et ainsi de balayer des domaines de fonctionnement de l'attache aube-disque très larges.
Les moyens de réglage et de blocage peuvent comprendre des vis qui servent également à la fixation des éprouvettes aux pièces en I.
La partie de l'éprouvette en forme de pied d'aube peut être du type en queue d'aronde (monolobe) ou en sapin (trilobé).
La présente invention concerne également un procédé de mise en œuvre d'un banc d'essai d'usure de contact et en fatigue, ce banc d'essai comprenant une éprouvette reliée à des moyens de traction et comportant une partie ayant la forme d'un pied d'aube de rotor de turbomachine, et une autre éprouvette fixée à un bâti et comportant une rainure de réception de ladite partie en forme de pied d'aube, cette rainure étant sensiblement complémentaire à cette partie et définissant au moins une surface d'appui de cette partie, comprenant une étape consistant à soumettre simultanément les deux éprouvettes à un chauffage et à des sollicitations en traction et vibratoires pour un essai en fretting fatigue et fatigue oligocyclique et polycyclique. Le procédé est remarquable en ce qu'il comprend, avant l'étape précédente, une étape de réglage et de blocage de la position des éprouvettes autour d'un axe parallèle à l'axe de traction.
DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue très schématique de l'attache d'un pied d'aube dans une rainure d'un disque de rotor d'une turbomachine,
- la figure 2 est une vue très schématique d'un banc d'essai selon l'invention,
- la figure 3 est une vue schématique d'un autre banc d'essai selon l'invention,
- la figure 4 est une vue schématique partielle en perspective des éprouvettes d'un banc d'essai selon l'invention,
- les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en perspective des éprouvettes de la figure 4,
- la figure 7 est une vue schématique en perspective des éprouvettes d'un autre banc d'essai selon l'invention,
- la figure 8 est une vue schématique en perspective d'un des éprouvettes de la figure 7, et
- la figure 9 est une vue schématique en perspective des moyens de fixation d'une éprouvette à une pièce en I du banc de la figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE
On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente de manière schématique une attache aube-disque d'une turbomachine, l'aube 10 étant une aube de rotor comportant un pied 12 qui est engagé dans une rainure 14 de la périphérie d'un disque 16, ce disque comportant une rangée annulaire de rainures 14 de ce type de réception des pieds de plusieurs aubes. L'ensemble formé par le disque 16 et les aubes 10 forment une roue de rotor par exemple d'une turbine de la turbomachine. Le pied 12 est ici en queue d'aronde.
En fonctionnement, l'aube 10 est soumise à des forces centrifuges (flèche 18) et sa pale a tendance à osciller (flèche 20), ce qui provoque l'appui et le glissement des parties latérales appelées filets du pied d'aube 12 sur des portées 22 latérales de la rainure 14 du disque. Les flèches 24 représentent des efforts normaux qui s'appliquent sur les surfaces en regard du pied d'aube 12 et de la rainure 14, et les flèches 26 désignent des efforts de cisaillement qui s'appliquent sur ces surfaces.
La figure 2 représente de manière schématique un mode de réalisation d'un banc d'essai selon l'invention, qui est conçu pour reproduire une attache aube-disque soumis à un chargement de fatigue oligocyclique (LCF : Low Cycle Fatigue) et polycyclique (HCF :
High Cycle Fatigue).
Le banc d'essai 100 comprend une première partie 102 reliée à des moyens de traction (flèche 104), et une deuxième partie 106 reliée à un bâti 108 fixe. La première partie 102 comprend une éprouvette mâle 1 10 qui comprend une partie 1 12 conformée en pied d'aube et qui est reliée aux moyens de traction. Ces moyens de traction comprennent par exemple un vérin dont l'extrémité libre de la tige est reliée à l'éprouvette 1 10 et dont le cylindre est porté par une partie fixe du banc d'essai 100. Ce vérin est de préférence orienté parallèlement à un axe d'allongement de l'éprouvette mâle 1 10 et a pour but de reproduire les forces centrifuges auxquelles une aube de rotor est soumise en fonctionnement.
La deuxième partie 106 du banc d'essai 100 comprend une éprouvette femelle 1 14 comportant une rainure 1 16 d'engagement de la partie 1 12 précitée de l'éprouvette 1 10.
Au moins un des moyens 1 18, 120 de liaison de l'éprouvette mâle 1 10 aux moyens de traction et de l'éprouvette femelle 1 14 au bâti 108 est sollicité par des moyens 122 d'excitation, tels qu'un pot vibrant, destinés à soumettre l'attache aube-disque à des vibrations hautes fréquences (1000Hz-2000Hz - flèche 124) destinées à reproduire les vibrations auxquelles une aube de rotor est soumise en fonctionnement. De plus, le banc d'essai selon l'invention comprend des moyens 126 de chauffage de l'attache aube- disque, jusqu'à une température de 800 ° C par exempe.
Comme cela est visible en figure 3, chacun de ces moyens de liaison comprend une pièce 1 18, 120 en forme de I. Chaque pièce 1 18, 120 comporte deux blocs 126 massifs sensiblement parallélépipédiques et parallèles qui sont reliés entre eux par une paroi 128 flexible perpendiculaire aux blocs. L'éprouvette femelle 1 14 est appliquée et fixée par des vis sur un des blocs 126 de la pièce 120 dont l'autre bloc 126 est fixé au bâti 108, et l'éprouvette mâle 1 10 est appliquée et fixée par des vis sur un des blocs 126 de la pièce 1 18 dont l'autre bloc 126 est fixé aux moyens de traction. Les parois 128 flexibles des pièces en I sont sensiblement coplanaires.
La figure 3 représente de manière schématique le banc d'essai 100 qui est déformé selon un premier mode 130 de vibration. Avantageusement, comme cela est visible dans cette figure, l'attache aube-disque est située au niveau d'un ventre de vibration 132 de ce premier mode, de façon à ce que les glissements entre l'éprouvette mâle et l'éprouvette femelle aient une amplitude maximale.
Afin de pouvoir atteindre des fréquences élevées, l'invention peut utiliser un pot vibrant qui est couplé à la ligne d'amarrage de l'éprouvette mâle 1 10. Le principe de l'essai est donc de chercher les fréquences propres du système afin d'avoir l'énergie la plus élevée au niveau du contact, d'atteindre des fréquences élevées (jusqu'à 2000Hz) et d'assurer un glissement relatif entre les éprouvettes. Les fréquences propres et les amplitudes peuvent être déplacées en jouant sur le moment d'inertie des pièces en 1 1 18, 120 dans le sens d'excitation.
La particularité est de pouvoir, tout en travaillant à des températures élevées représentatives des applications visées, jouer de manière fine sur les conditions de glissement en modifiant la rigidité de la ligne d'amarrage afin de déplacer les modes propres et de jouer sur le sens de glissement.
Pour ce faire, la ligne d'amarrage et son excitation ont été étudiées afin de pouvoir faire fonctionner le contact dans un maximum de déformation due à la sollicitation vibratoire.
Les figures 4 à 6 représentent des premiers modes de réalisation de l'attache aube- disque et en particulier de l'éprouvette mâle 1 10, 1 10' et de l'éprouvette femelle 1 14, 1 14' du banc 100. Dans ces modes de réalisation, la partie 1 12, 1 12' de l'éprouvette mâle conformée en pied d'aube est du type sapin, la partie 1 12 de l'éprouvette mâle de la figure 4 étant du type sapin bilobe et celle 1 12' de la figure 5 étant du type sapin trilobé. La figure 6 représente un éprouvette femelle 1 14' comportant une rainure 1 16' de forme complémentaire de la partie 1 12' de l'éprouvette mâle de la figure 5.
La partie 1 12, 1 12' de l'éprouvette mâle 1 10, 1 10' est montée avec un faible jeu dans la rainure 1 16, 1 16' de l'éprouvette femelle, comme c'est le cas dans une attache aube-disque réelle.
Dans la variante de réalisation des figures 7 et 8, la partie 1 12" de l'éprouvette mâle
1 10" conformée en pied d'aube est du type en queue d'aronde et l'éprouvette femelle 1 14" comporte une rainure 1 16" de forme complémentaire de cette partie 1 12".
Les éprouvettes peuvent chacune comprendre un corps cylindrique, comme cela est représenté aux figures 7 et 8. Chacun de ces corps peut être fixé à ou être solidaire d'une platine de fixation à une pièce en 1 1 18, 120. La figure 9 représente la platine 134 de fixation de l'éprouvette femelle 1 14 à la pièce en I 120, la platine de fixation de l'éprouvette mâle 1 10 à l'autre pièce en 1 1 18 pouvant être identique à cette platine.
La platine 134 a un contour circulaire et comprend des orifices de passage de vis 136 de fixation de l'éprouvette femelle qui sont destinées à être vissées dans des orifices taraudés d'un bloc 126 de la pièce en 1 120.
Avantageusement, et comme expliqué dans ce qui précède, la position de l'attache aube-disque autour de l'axe de traction A peut être réglée et bloquée, par exemple au moyen des vis 136. Pour cela, les vis 136 sont de préférence montées avec jeu dans les orifices de passage de la platine 134 de façon à autoriser un débattement angulaire, par exemple de quelques degrés, autour de l'axe A de l'éprouvette femelle 1 14 et de la platine 134, lorsque les vis 136 sont desserrées. Le serrage des vis 136 assure le blocage de l'éprouvette femelle 1 14 et de la platine 134 dans cette position. L'éprouvette mâle 1 10 et sa platine de fixation sont avantageusement montées de la même façon, c'est-à-dire de manière ajustable autour de l'axe A vis-à-vis de la pièce en I 1 18 sur laquelle elles sont fixées. En pratique, pour ne pas contraindre l'attache aube-disque avant le début d'un essai, la position de l'éprouvette mâle 1 10, de l'éprouvette femelle 1 14 et de leurs platines de fixation autour de l'axe A est réglée, les décalages angulaires de l'éprouvette mâle 1 10 et de l'éprouvette femelle 1 14 autour de l'axe A étant de mêmes valeurs et dans le même sens.
L'invention présentée ici permet de reproduire les différentes sollicitations vues par une aube pouvant avoir une influence sur le comportement de l'attache au fretting fatigue. Ceci permet d'assurer une parfaite reproductibilité de l'application et ouvre la voie à l'étude de nombreux paramètres afin de pouvoir déterminer leurs poids respectifs et les voies d'amélioration envisageables. Une des particularités de l'invention est de permettre d'ajuster des paramètres complexes à mettre en œuvre, comme le niveau de fréquence, l'amplitude des cycles LCF et la combinaison de modes propres complexes, grâce à la modification des pièces en I et l'orientation possible de celles-ci par rapport à l'axe de sollicitation vibratoire. Dans l'exemple de la figure 3, le sens d'excitation vibratoire (flèche 140) est perpendiculaire aux surfaces d'appui entre l'éprouvette mâle et l'éprouvette femelle. La modification de cette orientation (permise par les vis 136 précitées) permet d'atteindre des modes propres complexes superposant flexion et torsion.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Banc (100) d'essai combinant sollicitation tribologique haute fréquence et fatigue oligocyclique, comprenant une première éprouvette (1 14) fixée à un bâti (108) et définissant au moins une surface d'appui, et une deuxième éprouvette (1 10) qui est reliée à des moyens de traction pour solliciter la deuxième éprouvette en appui sur la ou chaque surface d'appui de la première éprouvette et réaliser un essai en fatigue oligocyclique, l'une des éprouvettes comprenant une partie (1 12) ayant la forme d'un pied d'aube de rotor de turbomachine et étant engagée dans une rainure (1 16) de forme sensiblement complémentaire de l'autre des éprouvettes pour reproduire une attache aube-disque de turbomachine, le banc comprenant en outre des moyens (126) de chauffage des éprouvettes et des moyens (122) de sollicitation vibratoire des éprouvettes pour réaliser un essai en fretting fatigue, et étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (136) de réglage de la position des éprouvettes (1 10, 1 14) autour d'un axe (A) parallèle à l'axe de traction, et des moyens (136) de blocage de ces éprouvettes dans une position autour de cet axe.
2. Banc d'essai (100) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de chauffage (126) permettent de chauffer les éprouvettes (1 10, 1 14) jusqu'à une température de 800 ° C environ.
3. Banc d'essai (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est configuré de façon à ce que la partie (1 12) en forme de pied d'aube de l'une des éprouvettes (1 10) et la rainure (1 16) de l'autre des éprouvettes (1 14) soient situées dans un ventre (132) d'un premier mode (130) de vibration du banc.
4. Banc d'essai (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie (1 12) en forme de pied d'aube a une forme et des dimensions proches de celles d'une aube réelle de rotor de turbomachine.
5. Banc d'essai (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (122) de sollicitation comprennent un pot vibrant qui sollicitent une partie du banc jusqu'à une fréquence de 2000Hz environ.
6. Banc d'essai (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des éprouvettes (1 14) est reliée au bâti (108) par une pièce (120) en forme de I à partie médiane flexible, et l'autre des éprouvettes (1 10) est reliée aux moyens de traction par une autre pièce (1 18) en forme de I à partie médiane flexible.
7. Banc d'essai (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de réglage et de blocage comprennent des vis (136) qui servent également à la fixation des éprouvettes (1 10, 1 14) aux pièces en I (1 18, 120).
8. Banc d'essai (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie (1 12) en forme de pied d'aube est du type en queue d'aronde ou en sapin.
9. Procédé de mise en œuvre d'un banc (100) d'essai d'usure de contact et en fatigue, ce banc d'essai comprenant une éprouvette (1 10) reliée à des moyens de traction et comportant une partie (1 12) ayant la forme d'un pied d'aube de rotor de turbomachine, et une autre éprouvette (1 14) fixée à un bâti (108) et comportant une rainure (1 16) de réception de ladite partie en forme de pied d'aube, cette rainure étant sensiblement complémentaire à cette partie et définissant au moins une surface d'appui de cette partie, comprenant une étape consistant à soumettre simultanément les deux éprouvettes à un chauffage et à des sollicitations en traction et vibratoires pour un essai en fretting fatigue et fatigue oligocyclique et polycyclique, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape précédente, une étape de réglage et de blocage de la position des éprouvettes (1 10, 1 14) autour d'un axe (A) parallèle à l'axe de traction.
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