Safran - GDR 3651 FataCrack
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Participation SAFRAN au GDR FATACRACK Contexte et Enjeux S. Pierret/D. Soria (Snecma) 08/10/2014 GDR Fatacrack SAFRAN – 08 octobre 2014 – Diffusion restreinte This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. SOMMAIRE /1/ Contexte de la Tolérance aux Dommages à SAFRAN /2/ Les essais et la modélisation de propagation de fissure à SAFRAN /3/ Quelques études de cas complexes – études R&T /4/ Les méthodes numériques et les outils déployés à SAFRAN 1 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. /01/ Contexte de la Tolérance aux Dommages à SAFRAN 2 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. LA TOLÉRANCE AUX DOMMAGES La Tolérance Aux Dommages (TAD) est l’analyse de la capacité d’une structure à remplir sa mission en présence d’anomalies préexistantes Les anomalies préexistantes résultent : Du procédé de réalisation des matériaux Du procédé d’assemblage de sous-ensembles D’impacts survenant au cours de la manipulation des pièces Les anomalies peuvent être : réelles ou hypothétiques de taille imposée par la règlementation fonction de la capacité de détection des moyens de contrôle (CND) Remarque : les dommages apparaissant en fonctionnement (HCF ou LCF) sont exclus du périmètre de la TAD (ils font l’objet de justifications spécifiques) 3 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PERIMETRES COUVERTS PAR LA TAD Plusieurs thématiques autour de la tolérance aux dommages Certification : FAA EASA Materials Data Damage Tolerance Methods for Anomalies Manufacturing Process and Inspection NDI Development 4 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PIÈCES CONCERNÉES PAR LA TAD CHEZ SAFRAN SN – DMA et TM : Pièces N1 : disques de compresseur (TA6V, Ti17, Ti6242b, Ti6242ab, Inco718), disques de turbine (Inco718, N18), arbres BP/HP (M250, 40CDV12, ML340). Zones de soudures sur pièces N1 : Soudures FE (M88: Ti17/Ti6242ab et Ti17/Ti17, SC: Ti17/Ti6242b), Soudures FI (GE90-GP7000 : Ti17/Ti17, Ti17/Ti6242b, Ti6242b/Ti6242b, M88: Inco718/N18, Inco718/Inco718, SaM146-TP400 : Inco718/Inco718) Pièces N2 : aubages compresseur (Ti6242ab, Ti17, Inco718), aubages turbine (AM1, DS200, In100, R77, R125), carters 5 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PIÈCES CONCERNÉES PAR LA TAD CHEZ SAFRAN Aircelle. Tuyères de l’A380, Suspensions moteurs A318, SaM146, Learjet: pièces PSE (Principal Structural Element): tubes en Inco 718 soudé; ferrures en 15-5PH, TA6V, Marval X12H, inconel 718 . TA. Pièces N1 (TA6V, E-40CDV12, Maraging250): utilisation des courbes clients ; pièces N2 et N3 Tambour, aubes et carter de compresseur basse pression, Supports paliers et arbre BP, Réservoir d’huile et groupes de lubrification Suspension moteur SaM146 Exhaust A380 (Ti Beta21S) 6 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. /02/ Les essais et la modélisation de propagation de fissure à SAFRAN 7 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Volume d’essais SAFRAN en sous-traitance Principalement des essais pour tracer les lois de propagation pour utilisation dans une démarche de certification Spécifications : Respect des normes (E647 et E399), Vérification des dépouillements : Courbe de calibration proposée en norme ou mise au point en interne Vérification des polynômes de calcul de DK (cf. Norme) Volume d’essais Pour SNECMA Villaroche : 500 essais/an en propagation + 50 essais/an en ténacité Priorités : Essais standard (réception matière, pièces types, études simples…) + Montée en compétence de quelques sous-traitants identifiés pour déchargement des moyens internes et passage de la charge des études de TAD à gros volumes (Etudes de nocivité de défauts de surface) Pour TM : 50 essais/an en propagation Pour Techspace Aero : 25 essais par an, dont la moitié de K1c (essentiellement des essais de dissections périodiques) Pour MBD : WB et SE, estimation du nombre d'essais annuels : 10 à 50 essais de ténacité et 10 à 20 essais de propagation de fissure (variable d'une année à l'autre) Pour SNECMA Vernon : Une dixaine d’essais par an 8 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Modélisation de la propagation de fissure La loi de Paris est la plus couramment utilisée Correction Pas de l’effet du rapport de charge avec la loi d’Elber de modélisation du seuil de non propagation Critère 1.00E-05 d’arrêt KIC a Cf N aR b K mf da/dN (m/cycle) 1.00E-06 R=0.05 R=0,5 1.00E-07 R=-0,5 Identification R=0,05 Identification R=0,5 Identification R=-0,5 1.00E-08 1.00E-09 1 10 Delta K (MPaVm) 9 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. 100 Modélisation de la propagation de fissure Utilisation marginale des modèles qui représentent l’ensemble de la courbe de propagation de fissure Modélisation des seuils de non propagation et du KIC Modélisation du régime de Paris Utilisations des modèles BPQD et de Forman et Mettu 10 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Volume d’essais SAFRAN en interne Principalement des essais pour l’étude de cas complexes, résolutions de crise, validation de nouveaux modèles Chez SNECMA Villaroche : environ 200-250 essais / an Priorités: Développement des compétences et du savoir faire sur des demandes spécifiques: Essais sur anomalies de surface type rayures et chocs Cycle thermo-mécaniques complexes Missions complexes Eprouvette à concentrations de contraintes Chez SNECMA Vernon : environ 10 essais / an Chez TM : mise au point en 2014 d’un moyen d’essai interne 11 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Descriptif moyens d’essais interne Snecma (Villaroche) Machine de fatigue type fissuration (P. Brossier/A. Veray) Capacités techniques des moyens d’essai 3 machines 100kN & 3 250kN contrôleur MTS Suiveur de fissure monovoie ou 4 voies Fours à résistances 3 zones 1100° max Fours à lampe 1 zone 1200°C max Pilotage sous LabVIEW Cycle standard : sinus, triangle, trapèze Cycles complexes (1E6 points aléatoires) Cycles thermomécaniques. Eprouvettes : CC, KBr, CT, SEN, tubulaire 12 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. /03/ Quelques études de cas complexes – études R&T 13 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Caractérisation de l’influence du temps de maintien (Snecma) Nombreuses conditions de temps de maintien (durée du palier à charge maximum constante, entre 90s et 3600s) et de température Identification d’un loi de propagation représentative de la partie fluage Addition à la partie fatigue pour décrire la propagation lors d’un chargement fatigue-temps de maintien Pas 1.00E-02 d’interaction fatigue/TM 1.00E-03 da/dN (m/cycle) 1.00E-04 Fatigue/TM R=0.05 1.00E-05 Identification R=0,05 Essais_300s Identification_TM=300s 1.00E-06 1.00E-07 fatigue 1.00E-08 10 100 Delta K (MPaVm) 14 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Essais cycles TMF (Snecma) Caractérisation de la vitesse de propagation au cours de chargements thermo-mécaniques 1000 900 1000 800 Contrainte (Mpa) Contrainte (Mpa) - Température (°C) 1200 Différentes formes de cycles testées • Avec/sans croisière • Avec/sans décharge après T/O • Influence Tmax YQBE5: Fond_alvéole_U YQBE5: Fond_alvéole_U 800 600 400 700 600 500 400 300 200 200 Temps (s) 0 0 5000 10000 100 Température (°C) 0 0 200 400 600 Figure 1 : Représentation temporelle et en couplage contrainte/température des cycles thermomécaniques testés. Le cycle pivot YQBE1 est noté en pointillé sur les tracés des cycles YQBE2, YQBE3 et YQBE4 en référence. Loi avec effet TM 1.1.1 Cycles trapèze isothermes Quantification des écarts par rapport à la modélisation classique (avec et sans effet temps de maintien) Essai Loi sans effet TM 15 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Essais sur éprouvettes à Kt (Snecma) Caractérisation de la propagation de fissure dans un zone à concentration de contraintes avec plasticité confinée Loi 10/300/10 Loi 10/1200/10 0.01 650°C Essais10/1200/10 Essais 10/300/10 da/dN (m/cycle) 0.001 0.0001 Essais Kt 10/300/10 Loi P501A_TM=300s Loi P501A_TM=1200s 1E-05 Essais_300s_S homogène Essais_1200s_S homogène Essais Kt slow/fast (1200s) Eprouvette Kt_TM=300s Eprouvette Kt_slow/fast 1E-06 10 100 Delta K (MPaVm) Propagation de fissure ralentie par la plastification en bord de trou 16 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Travaux R&T sur la nocivité des anomalies de surface (Snecma – ENSMA, P’) Introduction d’anomalies représentatives puis essais de fatigue Caractérisation grâce au suivi électrique des phases d’initiations, de propagation dans un champ de contrainte résiduelles et de propagation dans un matériau sain Scratch: V-type Dent: U-type & V-type Reference crack growth rate TTh de relaxation 90° Pt wire Nf with RS ≈ 2 × Nf without RS 600 μm S. Gourdin, ENSMA, 2014 Forte influence des contraintes résiduelles de compression sous l’anomalie intégration dans un calcul de propagation de fissure 17 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Travaux R&T sur la propagation à chaud des alliages pour disques (Snecma-ONERA; Turbomeca-ENSMA, P’) Investigation des interactions fatigue/fluage/environnement Compétition environnement/chargement Mécanisme de fragilisation par l’oxygène aux joints de grain Modélisation avec Crack-Ox-Flu Investigation des phénomènes de seuil (fatigue et temps de maintien) Intergranular Intergra nular Propagation 10-300-10 E. Fessler, ONERA, 2014 Transgranular Intergranular Threshold 1 Transgranular Threshold 2 Transition de mécanisme de propagation dans les faibles ΔK 18 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Travaux R&T sur la propagation des fissures courtes (Snecma-LMT Cachan) Utilisation de la méthode incrémental pour modélisation la propagation des fissures courtes (50-100μm) Modélisation de l’influence de la contrainte T (chargement multiaxial) sur la propagation de fissure Essais de propagation fissures longues sur éprouvette en croix avec chargement représentation fissures courtes F. Brugier, LMT, 2014 19 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. /04/ Les méthodes numériques et les outils déployés À SAFRAN 20 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. CONTEXTE DES EXIGENCES SOCIÉTÉ EN TOLÉRANCE AU DOMMAGE Eviter la dégradation du fabriquant de marque Priorité pour les constructeurs d'avions et de moteurs, en particulier pour les civils Sécurité des passagers = Impératif absolu Évidentes raisons éthiques et économiques Conformité aux normes internationales Certification de vie du moteur de service Prolonger la durée de vie de service des pièces du moteur Exigences séquence de calcul Rapide analyse d’une pièce fissurée Evaluation robuste du FIC Analyse des fissures multiples Capacité d'analyse propagation de la fissure 21 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. CONTEXTE DES EXIGENCES SOCIÉTÉ EN TOLÉRANCE AU DOMMAGE Sensibilité à la fissuration des pièces N1 : Catégorie fonctionnelle Pièces de catégorie N1 Pièce a « défaillance catastrophique » : en cas de rupture, la rétention n’est pas assurée et peut donc entraîner la perte de l ’avion. Pour une pièce à durée de vie limitée, la probabilité de rupture en fonctionnement doit être 0 Impose un dimensionnement soigné et/ou des essais destinés à prouver la durée de vie et la capacité de la pièce à résister à des surcharges accidentelles. Nécessite une étude minutieuse des cas de pannes pouvant conduire à ces surcharges. Gammes figées (assurer la répétitivité) : Tout changement éventuel doit être soumis à une validation préalable afin de se prémunir contre les effets imprévisibles d’une modification de fabrication. Pièces de catégorie N2 Pièce non N1 dont la défaillance n ’est pas improbable et risque d’entraîner l’arrêt (volontaire ou non) du moteur en vol. 22 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. CONTEXTE DES EXIGENCES SOCIÉTÉ EN TOLÉRANCE AU DOMMAGE Quels mécanismes limitent la « Durée de Vie » Nageoires d’aubes Fan : Sollicitation oligocyclique + vibratoire + Freeting Aubes de turbines : Sollicitation oligocyclique fortement couplés avec l’évolution thermique. Maintien en température sous contraintes Interaction fatigue /fluage/oxydation Attaches moteur : Sollicitation oligocyclique (complexe du type spectre) Fail-safe : Fatigue en propagation L’usage normal d’un composant qui comporte des défauts ne conduits pas à la rupture du composant avant la prochaine inspection (démonstration en risque cumulé sur une flotte). Aubes Fan : Sollicitation oligocyclique + vibratoire Safe- life : Fatigue à initiation L’usage normal d’un composant sain ne conduit pas à l’amorçage de fissure de fatigue Freeting : Endommagement contact aubes disque Disque Fan et tambour BP : Sollicitation oligocyclique Méthode probabiliste du type Hard- : Calculer le risque des pièces en titane BP à éclatement du fait de la présence d’une inclusion de type hard alpha. Disques et arbre de rotor : Sollicitation oligocyclique Carters soudés : Sollicitation oligocyclique + vibratoire Safe crack growth 23 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Safe- life : Fatigue à initiation L’usage normal d’un composant sain ne conduit pas à l’amorçage de fissure de fatigue. Fail-safe : Fatigue en propagation L’usage normal d’un composant qui comporte des défauts ne conduits pas à la rupture du composant avant la prochaine inspection (démonstration en risque cumulé sur une flotte) /04-1/ Etat de l’art des moyens de prévision de durée de vie en propagation de fissures dans les structures métalliques de turbomachine 24 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. OUTILS DE FISSURATION 2D PLANE – SAFRAN OUTILS DÉTERMINISTES DE PRÉVISION DE DURÉE DE VIE EN PROPAGATION FISSURE 2D PLANE DANS UN BARREAU ÉQUIVALENT SOUS CHARGEMENT THERMOMÉCANIQUE COMPLEXE Outils de fissuration 2D Plane Safran 1. Snecma DMA : PROPAG V05R00-02 et DARWIN 2. Snecma DMS : NASGRO V7.01 3. Techspace Aero: NASGRO V7.01et PROPAG V05R00-02 4. MBD: NASGRO V7.01 5. TurboMeca NASGRO V7.01 – PROPAG V05R00-02 25 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. OUTILS DE CALCULS OPÉRATIONNELS Fissure 2D PROPAG (TOSCANE) Propagation de fissure 2D plane Barreau équivalent Approche analytique qui utilise des polynômes de champs de contraintes et une loi de propagation de fissure du type Paris+Elbert Durée de vie = Nombre de cycles en PdF à rupture Fissure 3D (Approche fissure statique)FILI (FIssure LIbre = Fissure Conforme) Outil d'insertion automatique d’une fissure dans un maillage 3D « FEM » Interface MSC Patran interface/Samcef ou Abaqus Post-traitement des FICs sur le modèle 3D FEM fissuré Avec de nombreuses itérations, nous extrayons Les FICs sur le chemin de propagation « plane », nous les utilisons ensuite pour prédire la durée de vie de la propagation des fissures 26 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. /04-2/ Modélisation de la propagation de fissure 2D plane Fissure 27 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 2D PLANE BARREAU ÉQUIVALENT WorkBench Samcef/Abaqus T O S C A N E Principe de fonctionnement de PROPAG dans la chaine TOSCANE Comportement Calcul EF Élastique thermo mécanique Choix du barreau équivalent PREPROPAG V1.2 Données matériaux Barreau + champs de contraintes évolutifs (calcul ASEF, vibratoire, Spectre) Loi matériau de fissuration Formulaire initiale (SNEQ-S1, SNEQ-Q2…) TYPE COMPLEXE STRUCTURE (RainFlow) Calcul de K(t) V 04 R 02 2 Prévision de la durée de vie en propagation de fissure Calcul de (K/Rp0.2)(t) a = a + a Critères d’arrêt Matériau PROPAG V5.0 •Rupture KIC, • Rupture par instabilité charge limite • seuil de propagation (LCF & HCF) SUSPENSION (Preffas) Spectre TYPE STANDARD Calcul de a Critères d’arrêt du calcul Critères d’arrêt géométrique •Arrêt de la PdF par atteinte des limites du Barreau (T,W) • Arrêt de la PdF par atteintes des tailles de fissures fixées (a,c et Sf) 28 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Butées d’arrêt du calcul •N fixé PROPAGATION DE FISSURE 2D PLANE BARREAU ÉQUIVALENT Base Champ de contraintes réelles Modèle de fissure insérée de façon ergonomique dans un modèle de structure de turboréacteur Projection du champ thermomécanique sur le barreau équivalent Fissure initiale Bibliothèque a c a a c c a 2a Domaine de validité d’emploi Mécanique linéaire de la rupture par fissuration fondée sur une analyse élastique du champ des contraintes en petites déformations. Mode de sollicitation Mode I ou mode ouverture 29 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 2D PLANE BARREAU ÉQUIVALENT Exemple de mise en place de barreau équivalent Zones 2D des disques Zones 3D des disques Fond d’alvéole : Défaut au lieu critique en DDV LCF Barreaux σ max_princ Au col de dent : Défaut au lieu de σ max_princ Barreaux découpant la dent au col Zones 3D des brides 30 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 2D PLANE BARREAU ÉQUIVALENT Travaux 2014 Loi de propagation en temps de maintien - Laboratoire/Méthode Corrélations essais / calculs Etude d’impact sur chargements moteur Mise en OP Travaux sur les formulaires pour le calcul de KI Nouveaux formulaires pour la propagation en fissure plane à front droit débouchant ou non en surface et pour des gradients de contraintes quelconques Amélioration identification du polynôme lissé pour le calcul de KI à travers les formulaires Travaux sur la méthode des dislocations distribuées généralisant la notion de barreau équivalent (barreaux et gradient spatial de contraintes quelconques) Travaux sur les spectres de chargement Filtrage des fichiers de type spectre Proposition d’une méthode permettant d’accélérer les temps de calcul Prise en compte de la plasticité adaptée en propagation de fissure - Laboratoire/Méthode Développement de nouveaux outils et méthodologies Corrélation calculs / essais sur des éprouvettes à Kt Prise en compte du grenaillage BenchMark Groupe Safran Fissuration 2D Plane 31 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. TRAVAUX EN LIEN AVEC LA PROPAGATION DE FISSURE 2D PLANE Travaux R&T - loi de fissuration avancée Travaux sur le modèle Onera CrackOxFlu Evaluation du modèle dans l’environnement Snecma ‒ Validation fonctionnelle pour les chargements complexes ‒ Étude de cas simples ‒ Vérification des couplages ‒ Analyse du filtrage ‒ Traitement les chargements complexes en entrée du modèle Version initiale du modèle CrackOxFlu dansPROPAG et ZeBuloN 32 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. TRAVAUX EN LIEN AVEC LA PROPAGATION DE FISSURE 2D PLANE Travaux R&T - loi de fissuration avancée Modèle incrémentale (LMT, Sylvie Pommier) Thése F. Brugier « Propagation des fissures courtes par fatigue sous chargement variable : traitement de la micro-fissuration dans le modèle incrémental « ‒ Implémentation du modèle dans PROPAG avant la fin de l’année ‒ Etude de stabilité du modèle sur cas moteur 33 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. /04-3/ Modélisation de la propagation de fissure 3D statique FEM - XFEM 34 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 3D Contexte Étude en propagation de fissure dans des zones à géométries et chargements 3D, cycles complexes isothermes et anisothermes ( et q asynchrones) Évolution des normes de dimensionnement pour la propagation de fissure Problèmes en service: découvertes de fissures en flotte Depuis 2007 l’utilisation de la méthode XFEM à SN DMA permet de réaliser la propagation de fissures sans préjuger de leurs formes ou de leurs parcours Etudes de fissuration carter chambre SaM146 35 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 3D Objectifs Approche complémentaire de l’approche fissuration 2D plane disponible sous PROPAG Utilisation pour les extensions de durée de vie, le traitement de problèmes d’exploitation et la fourniture d’informations pour le dimensionnement en conception. Assurer l’intégrité des équipements ou moteurs aéronautique ou spatiaux Réactivité en cas d’événement en service. Statuer rapidement sur la nocivité du défaut et permettre une situation transitoire Objectifs à court terme Rendre accessibles le calcul en fissuration 3D aux méthodes, aux BE/CEI et sous traitants pour : Répondre aux problèmes en service (délais, qualité, essais virtuels) Accroître l’utilisation des analyses de fissuration 3D lors des phases de développement et de certification (facilité de mise en œuvre, aide à la décision, niveaux de certification des pièces). Acquérir, conserver et entretenir l’expérience acquise Formalisation de méthodologies d’analyse de fissuration 3D 36 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 3D Objectif à court terme (suite) Déploiement d’un outil industriel en remplacement de l’outil actuel FILI assurance qualité logicielle validation, stabilité, opérabilité inter-codes EF, plate-formes de calcul, Documentations Notice Tutoriaux PM spécifique Développements de fonctionnalités Niveau 1 : intégration/industrialisation de l’état de l’art recherche Niveau 2 : soutien à la préparation du « futur ». Communaliser les besoins et les décliner aux partenaires scientifiques Hiérarchiser les besoins Mutualiser les coûts de développement Coordonner la recherche amont 37 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. PROPAGATION DE FISSURE 3D CADRE THÉORIQUE Cadre de travail: élasticité linéaire en H.P.P • • • • • Mécanique linéaire de la rupture MLR Hypothèse des petites déformations et des petits déplacements Evolution quasi-statique: les termes des accélérations sont négligés Matériau élastique linéaire: homogène et isotrope Surtout pas applicable à la fissuration ductile Importance de la zone de plasticité autour du front Hypothèses de calculs • Fissure initiale préexistante Comment va-t-elle se propager? Statique et fatigue • Critère de bifurcation • Mode I+II proportionnel • Détermination des facteurs d’intensité de contrainte KI, KII et KII sous hypothèse de déformations planes • Propagation de fissure automatique: pas de critère d’arrêt du calcul (Kc et Ru) 38 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. SÉMINAIRE SAFRAN - FISSURATION 3D OUTIL DE FISSURATION OPÉRATIONNEL Chaîne encore « manuelle » Modèle Fissure EF paramétrée Modèle EF Sain LBC Maillage ZoomExtraction FIRE / FILI Données d’entrée au format : SAMCEF ou ABAQUS Insertion de fissure Partenaires Modèle EF Fissuré INCKA FIRE / FILI et Zoomextraction DISTENE YAMS - GHS3D Interface Homme Machine dans MSC.Patran Calcul Thermomécanique Samcef / Abaqus Post-traitement Calcul des grandeurs de fissuration Facteurs d’Intensité de Contraintes K 39 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Données de sortie au format : SAMCEF ou ABAQUS Calcul des durées de vie N cycles SÉMINAIRE SAFRAN - FISSURATION 3D OUTIL DE FISSURATION OPÉRATIONNEL Modèle de fissure paramétré c modèle en coque constitué: d’un tore autour du front a des lèvres paramètres géométriques : position du centre de l’ellipse dans le repère global du modèle sain, taille ( a et c ), diamètre du tore. Nombreux T3 de mauvaise qualité paramètres EF : YAMS nombre d’éléments : sur le front, sur la circonférence du tore... Intersections des 2 maillages Optimisation surfacique YAMS Maillage volumique maillé réglé du tore maillage libre tétraédrique GHS3D transition en éléments pyramidaux Éléments de Barsoum 40 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. SÉMINAIRE SAFRAN - FISSURATION 3D OUTIL DE FISSURATION OPÉRATIONNEL Exemple d’application Carter extension 41 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. SÉMINAIRE SAFRAN - FISSURATION 3D OUTIL DE FISSURATION OPÉRATIONNEL Scénario et résultats Crack n°1 Crack n°2 Crack n°3 = 1 inch Crack front 42 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Crack n°4 Crack n°5 OUTILS FISSURATION 3D 2 axes d’efforts sur la propagation 3D Travaux et partenariat en cours sur les méthodes X-FEM et conforme Thème C du PRC DDV Structures chaudes (partenariat avec l’Onera sur l’outil Zébulon) Partenariat avec Cenaero (outil Morfeo) sur des études avancées Prototype: Chaîne de fissuration 3D « Conforme » sous ZéBuLoN (ONERA – ARMINES) ZCRACKS Plug-in ABAQUS en cours Méthode G-théta: Calcul d’une intégrale par méthode numérique Hypothèse: Propagation non plane, fissure pré-définie Plug-in Morfeo Crack (Cenaero) / SAMCEF CALCUL DES FICS A PARTIR D’UNE FISSURE MODELISEE PAR LA METHODE X-FEM Utilisation de Samcef/XFEM V15 Postraitement des résultats de FIC sur le modèle XFEM fissuré et leur exploitation pour la prévision de DDV en propagation de fissure. 43 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. Domaine R&T SAFRAN Modélisation et Simulation pour l’Ingénierie des Produits et Composants Séminaire « Fissuration 3D » SAFRAN 15&16 Mai 2014 – Dammarie Les Lys Didier SORIA / Juan-A. RUIZ-S. (SN DMA) This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma. SÉMINAIRE SAFRAN - FISSURATION 3D RECAPITULATIF CAS TEST METIER SAFRAN/POINTS BLOQUANTS Utilisation dans le contexte industriel Passages en compression, modes de cisaillement da/dN : Influence de l’environnement (FPH), propagation sous vide (effet sur les ba.Ni), anisotropie Multifissuration (non coplanaire) Étude et validité du critère d’Erdogan/Sih : (Kmax, Kmin, Kmoy), Critère de bifurcation par chargement non-proportionnel (contrainte T), autres critères biblio Loi de propagation avancée Ténacité (KIc) : Effet de l’épaisseur, de l’environnement (FPH), du rapport de charge, etc. déformations planes, contraintes planes Loi de bifurcation FAD (Failure Assesment Diagram) et rupture ductile Loi de propagation Contact entre les lèvres Mode de ruine IHM, pré-post traitement (simplification des modèles, visualisations) Temps de calcul (gestion des chargements complexes par blocs, parallélisation sur HPC) Actualisation des modes propres en cours de propagation Coalescence, branchement Multimatériaux Propagation multimatériaux (calcul du FIC au passage de l’interface) 45 / FATACRACK - FISSURATION / Octobre 2014 This document and the information therein are the property of Snecma, They must not be copied or communicated to a third party without the prior written authorization of Snecma.