21/01/2014 - Soutenance de thèse de Jérémie GIRARDOT

Jérémie GIRARDOT soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

Interaction laser/matière en régime de perçage par percussion
Analyse expérimentale, Modélisation et Simulation numérique

le 21 Janvier 2014 à 14 heures
Arts et Métiers ParisTech
151, Boulevard de l’Hôpital
75013 Paris

Amphi Fournel

Directeur de thèse : Véronique Favier
Co-directeurs : N. Ranc et M. Schneider

Jury

J.M.  DREZET,          Maître d’Ens. & de Rech.,   Lab. SMX,   EPFL (Lausanne, Suisse),    Rapporteur
M.    SENTIS,           DR CNRS,                           Lab. LP3,  Aix-Marseille Univ,                  Rapporteur
P.     VILLON,          Professeur,                        Lab. Roberval, UTC,                                Examinateur
B.     MORTAIGNE,   Docteur-Ingénieur,            DGA, DS/MRIS,                                        Examinateur
P.     LORONG,        Professeur, Lab. PIMM,      Arts et Métiers ParisTech,                       Examinateur
V.     FAVIER,           Professeur,  Lab. PIMM,    Arts et Métiers ParisTech ,                      Directeur
N.     RANC,             Maître de Conférences,     Lab. PIMM, Arts et Métiers ParisTech,     Co-directeur
M.     SCHNEIDER,   Maître de Conférences,     Lab. PIMM,  Arts et Métiers ParisTech,    Co-directeur
A.     MARTIN,          Ingénieur,                         CRMA (Air France),                                   Invité

 

Interaction laser/matière en régime de perçage par percussion

Le perçage par laser est le procédé majoritairement utilisé pour la fabrication des trous de refroidissement des pièces « haute pression » des moteurs d’avion. La maîtrise de ce procédé, afin de limiter les écarts de géométrie des trous ainsi que les défauts microstructuraux induits, est une problématique qui a un fort enjeu industriel. L’interaction entre un faisceau laser et une matière métallique absorbante dans les régimes de perçage laser implique des phénomènes thermiques et hydrodynamiques dont le rôle sur le perçage n’est pas encore complétement expliqué. Ces travaux de thèse apportent des éléments de réponse par une approche de simulation numérique. Une investigation expérimentale couvrant une large gamme de paramètres opératoires et plusieurs méthodes expérimentales originales d’observations in situ et post-mortem ont été mises en œuvre. Le modèle physique du perçage laser qui a été retenu pour la simulation intègre les changements de phase solide/liquide et liquide/vapeur, la mobilité des interfaces, l’éjection de la phase liquide et les échanges de chaleur par conduction et convection. Il est résolu en 2D axisymétrique via un code de calcul développé entièrement durant la thèse. Les paramètres et données d’entrée du modèle sont tous issus de la littérature et/ou de mesures. Les simulations réalisées ont permis de prédire la plupart des mesures sans aucun ajustement de paramètres. Les écarts observés ont donné des informations inédites sur la contribution de la répartition spatiale du faisceau laser et de la phase vapeur sur la géométrie des trous. L’étude des cycles thermiques a permis de mieux comprendre les transformations métallurgiques induites au bord du trou.

Mots clés : perçage, laser, percussion, simulation, CNEM, changements de phase, délaminage.

 

Laser/matter interaction in percussion drilling regime

The laser drilling process is the main process used in machining procedures on aeronautic engines, especially in the cooling parts of the engine. The industrial stake is to reduce geometrical deviations of the holes and defects during production. The interaction between a laser beam and an absorbent metallic matter in the laser drilling regime involve thermal and hydrodynamical phenomenon. Their role on the drilling is not yet completely understood. This thesis work is attached to give some responses to these questions with a simulation approach. An experimental investigation was first set up in order to estimate the velocity of the liquid, the vapor pressure and the temperature of the surface and to characterize the influence of the laser power and some material properties on the drilling. The physical model of the laser drilling used for simulations include solid/liquid and liquid/vapor phase transformations, the liquid ejection and the convective and conductive thermal exchanges. It is solved using a homemade calculation code and 2D axisymmetric formulation, developed during the thesis. Simulations results predicted most of measurements without identifying any parameters. The deviations between experiments and simulations gave new discussions on the influence of the laser beam space repartition and on the contribution of the metallic vapor phase on the hole geometry. The thermal cycles were studied clarifying the metallurgical transformations induced at the edge of the hole.

Key words : drilling, laser, percussion, simulation, CNEM, phase change, delamination.

Centre(s) de ressources lié(s): 
Laser, Simulation Numérique