Modélisation du traitement superficiel par choc laser : Application sur une éprouvette représentative d'un bord d'attaque d'une ailette de turbine en superalliage de titane Ti6Al4V

Le choc laser (Laser Peening)génère des contraintes résiduelles de compression dans les couches superficielles des pièces traitées. Il consiste à impacter une zone de la surface d’une pièce cible par un rayonnement laser capable de générer de hauts niveaux de pression. L’application de ce processus prouve son efficacité dans le domaine aéronautique. L’une des applications les plus courantes est le traitement superficiel par choc laser des bords d’attaques des aubes de turbines afin d’augmenter leurs tenue à la fatigue polycyclique dans un état initiale ou bien retarder la propagation des fissures provoquées par le dommage des objets et des particules volants étrangers (Foreign object damage: FOD). Dans ce travail, on va présenter une modélisation par éléments finis de traitement objet d’étude sur une éprouvette représentative d’un bord d’attaque d’une ailette de turbine en Superalliage de Titane Ti6Al4V. La loi de comportement de Johnson Cook couplé à l’endommagement a été employée. Le modèle a permis de prévoir des profils de contraintes résiduelles en accord avec les investigations expérimentales de P.R. Smith & al. Les résultats des simulations ont permis aussi de prévoir les profils des déformations plastiques, ainsi que les niveaux d’endommagement superficiel et la rugosité superficielle. Ce qui présente un grand avantage pour une meilleure prévision de la tenue à la fatigue polycyclique. Finalement, en se basant sur une approche déjà développée dans le cas du grenaillage de précontrainte par Fathallah et al qui consiste à prendre en compte tous les effets de surface dans le critère de fatigue multiaxiale de Crossland, Nous sommes arrivés à évaluer les taux d’amélioration ou de dégradation de la tenue à la fatigue polycyclique induits par le traitement sur l’aube

Prévision probabiliste de la tenue en fatigue polycyclique des matériaux à défauts de surface

Ce papier présente une approche probabiliste pour la prévision de la tenue à la fatigue polycyclique des pièces mécaniques contenant des défauts de surface. Elle est basée sur un critère de fatigue multiaxiale pour des matériaux à défauts, proposé par Nadot et al, et sur une approche de prévision probabiliste de la tenue à la fatigue polycyclique proposée par Ben Sghaier et al. Elle permet de prendre en compte la dispersion de la taille des défauts. Des simulations élastoplastiques ont été réalisées pour déterminer la distribution des contraintes autour des défauts. Plusieurs calculs ont été réalisés avec différentes tailles et avec différentes sollicitations, permettant d'obtenir les expressions de la pression hydrostatique maximale et de l'amplitude de la cission, par la technique des surfaces de réponse. Le point représentatif du chargement est transformé en une surface générée par des tirages aléatoires des tailles des défauts. La fiabilité a été calculée par la méthode de simulation de Monte Carlo

An investigation of the Performance of a Conical Solar Water Heater in the Kingdom of Bahrain

Domestic water heater corresponds to 25% of the house energy consumption and can play an important role to reduce energy house expenses. Solar energy offers a preferred renewable energy resource because of its economic and environmental advantages. It is considered the best alternative to reduce domestic water heater energy consumption cost. Converting solar energy into heat can be considered among the simplest used systems. Solar thermal conversion is more efficient than solar electrical direct conversion method. Solar water heater systems are particularly easy to use and to repair. The integrated conical solar collector water heater (ICSCWH) is so far the easiest among water heating systems. The ICSCWH converts directly and efficiently the solar flux into heat. In order to expand the utilization of ICSCWH systems, many design modifications have been examined and analyzed. This study provides an experimental investigation and mathematical simulation of an ICSCWH system equipped with a glass cover resulting in the increase of the maximum absorption. Integrating the cone-shaped heat collector with an aluminum spiral pipe flow system may enhance the efficiency of the proposed system. In order to maximize the solar radiation of the system, the solar water heater has been designed in a conical shape, which removes the need to change its orientation toward the sun to receive the maximum sun radiation during the day. In this system, the heating of water has been obtained using the spiral pipe flow without the use of the solar cells and mirrors in order to reduce the total cost. The storage water tank of this system is coupled with a conical solar collector. Based on the above design, the solar water heater has been fabricated and tested. In addition, an analytical modeling approach aiming to predict the flow rate within the conical integrated collector storage solar water heater (ICSSWH) and its efficiency, was developed. Modeling through a numerical simulation approach based on energy equations was performed. Considering the entire water amount and the total area of the cone, the amount of water (facing the sun per unit absorbing area in the two symmetrical parts of the system) is found to increase, which is expected to reach a maximum water temperature at a high performance. Our experimental findings show that the daily performance is around 32% and the highest water temperature of about 45°C is obtained in the system at 4 pm, according to seasons and weather conditions. An efficient and simple mathematical simulation approach for the new conical solar water heater is described then validates using experimental data

Fiabilité en fatigue polycyclique des matériaux à défaut sous chargement multiaxial

L'amorçage en fatigue des composants mécaniques se produit souvent au niveau des défauts très proches des surfaces. Ces défauts sont souvent dus aux modes d'élaboration des matériaux tels que le moulage et le laminage. Ils peuvent exister dans divers matériaux : les fontes à graphite sphéroïdale, les aciers, les alliages d'aluminium, etc. Même, si les technologies et les moyens actuels permettent une bonne optimisation des procédés d'élaboration, l'existence de ces défauts ne peut pas être complètement évitée. Ils peuvent être de différentes natures, le plus souvent: des retassures, des soufflures et des inclusions. Ils ont différentes formes (sphérique dans le cas d'une porosité et complexe dans le cas d'une retassure) et des tailles très variables : de quelques micromètres à quelques millimètres près. Il a été clairement observé, lors des essais de fatigue, que les défauts localisés en surface sont plus dangereux que ceux situés au cœur du matériau. De même, il s'est avéré que la plage de variation et la distribution statistique des tailles des défauts sont des paramètres influant sur la tenue en fatigue des matériaux à défauts.In many casting mechanical components, the fatigue microcracks initiate from surface defects. The process conditions and technology are being improved but they still cannot avoid these defects inherent to casting. Such defects were reported in different materials: cast irons, various steels and aluminium alloys. Different kinds of defects have been studied, namely, shrinkages, pores, inclusions and surface oxides. They have different shapes (spherical for the case of a pore and a complex 3D shape for shrinkage) and sizes (from several micromillimetres to millimetres ). It is well established that crack initiation occurs around the defect when components are submitted to multiaxial high cycle loading. For a given size, surface defects are much more harmful than those located in the bulk. The most influencing paérameters are the size and the distribution density of those defects.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

An investigation of the Performance of a Conical Solar Water Heater in the Kingdom of Bahrain

Domestic water heater corresponds to 25% of the house energy consumption and can play an important role to reduce energy house expenses. Solar energy offers a preferred renewable energy resource because of its economic and environmental advantages. It is considered the best alternative to reduce domestic water heater energy consumption cost. Converting solar energy into heat can be considered among the simplest used systems. Solar thermal conversion is more efficient than solar electrical direct conversion method. Solar water heater systems are particularly easy to use and to repair. The integrated conical solar collector water heater (ICSCWH) is so far the easiest among water heating systems. The ICSCWH converts directly and efficiently the solar flux into heat. In order to expand the utilization of ICSCWH systems, many design modifications have been examined and analyzed. This study provides an experimental investigation and mathematical simulation of an ICSCWH system equipped with a glass cover resulting in the increase of the maximum absorption. Integrating the cone-shaped heat collector with an aluminum spiral pipe flow system may enhance the efficiency of the proposed system. In order to maximize the solar radiation of the system, the solar water heater has been designed in a conical shape, which removes the need to change its orientation toward the sun to receive the maximum sun radiation during the day. In this system, the heating of water has been obtained using the spiral pipe flow without the use of the solar cells and mirrors in order to reduce the total cost. The storage water tank of this system is coupled with a conical solar collector. Based on the above design, the solar water heater has been fabricated and tested. In addition, an analytical modeling approach aiming to predict the flow rate within the conical integrated collector storage solar water heater (ICSSWH) and its efficiency, was developed. Modeling through a numerical simulation approach based on energy equations was performed. Considering the entire water amount and the total area of the cone, the amount of water (facing the sun per unit absorbing area in the two symmetrical parts of the system) is found to increase, which is expected to reach a maximum water temperature at a high performance. Our experimental findings show that the daily performance is around 32% and the highest water temperature of about 45°C is obtained in the system at 4 pm, according to seasons and weather conditions. An efficient and simple mathematical simulation approach for the new conical solar water heater is described then validates using experimental data

Simulation du grenaillage de précontrainte sous tensions des ressorts à lames

Dans ce travail nous étudions le grenaillage de précontrainte sous tensions des ressorts à lames. Ceci dans le but d’introduire des contraintes résiduelles de compression favorables à la tenue des pièces sous sollicitations cycliques. Un modèle de comportement élastoplastique avec endommagement et avec écrouissage cinématique est utilisé. Egalement un modèle éléments finis sera présenté. Notre démarche consiste à caler ce modèle sur des résultats expérimentaux obtenus par rayons X sur un ressort à lames. Ce modèle permettra de prévoir aussi bien les effets favorables que les effets défavorables introduits dans les couches superficielles des pièces traitées. On se propose également d’exploiter ce modèle pour étudier l’influence de quelques paramètres significatifs (liés aux procédés et aux conditions de contact bille/matériau) sur l’état de contrainte et de l’endommagement. Enfin, nous étudions l’effet des sollicitations cycliques sur les contraintes résiduelles et nous prédirons l’évolution de la durée de vie de ces lames grenailléees en fonction des conditions opératoires

Comparison between conventional shot peening and ultrasonic shot peening

Shot peening process is a mechanical surface treatment process widely used in the industry. Ultrasonic shot peening and conventional shot peening are two important mechanisms of this process. This work aims at studying and comparing the influence of conventional shot peening and ultrasonic shot peening on the surface characteristics (residual stresses, equivalent plastic deformations, and roughness). Three-dimensional models are established to simulate the two mechanisms by using the finite elements software ABAQUS/PYTHON. The residual stresses distributions, as well as the roughness and the equivalent plastic deformations of the AISI 2205 and the AISI 316L induced by both models, are predicted and compared