Modélisation de l’endommagement dans les superalliages monocristallins base nickel
Les superalliages monocristallins base nickel sont largement employés pour la conception des aubes et distributeurs haute pression des turbines à gaz industrielles et aéronautiques. En effet, en raison de leur caractère monogranulaire et de leur forte fraction de précipités durcissants, ces alliages présentent d'excellentes propriétés mécaniques jusqu'à des températures pouvant atteindre 1100°C.
Dans le contexte particulier des turbomoteurs d'hélicoptères ces composant sont soumis à des historiques de chargement extrêmement complexes de par la diversité des missions pouvant être effectuées par ce type d'aéronef. Ils sont notamment soumis à des modes d'endommagement de type fluage et de type fatigue qu'il convient de prendre en compte au mieux pour des composants aux géométries complexes et soumis à des forts gradient thermiques. Ainsi, être capable disposer de lois d'endommagement pour ce type de matériau prenant en compte les interactions fatigue-temps de maintien sous sollicitations multiaxiales permettra d'accroitre la fiabilité des méthodes de dimensionnements des ces composants, notamment ceux étant dotés de refroidissement internes.
Ces travaux seront réalisés en utilisant le modèle Polystar qui a été récemment développé et qui démontre aujourd'hui une très bonne capacité en terme de prédictivité du comportement mécanique de ces matériaux sous chargements isothermes et anisothermes. Il a notamment été évalué à Turbomeca depuis 3 ans sur des cas industriels de certification.
L'objectif sera donc d'accroître les capacités prédictives de ce modèle en termes de calcul de durée de vie en prenant mieux en compte les trois points susmentionnés (interaction fatigue-fluage, multiaxialité du champ mécanique, impact de l'environnement).
L'intérêt -- numérique notamment -- d'une modélisation de l'anisotropie (visco-)plastique par modes de Kelvin sera évalué. Côté endommagement une formulation de type Lemaitre, incrémentale, anisotherme, sera proposée. Un point important sera le développement du modèle complet en parallèle des procédures d'identification fondées sur la recherche systématique de solutions analytiques simplifiées.