Pages personnelles de David NOËL

Doctorat : Modélisation et Identification du Comportement Dynamique des Broches UGV à Montages de Roulements Préchargés

Directeur de thèse : Benoît FURET (Professeur des Universités - Université de Nantes)

Encadrant : Mathieu RITOU (Maître de Conférence - Université de Nantes)

Co-Encadrant : Sébastien LE-LOCH (Maître de Conférence - Université de Nantes)

2013 D. Noel, S. Le Loch, M. Ritou and B. Furet, «Complete Analytical Expression of the Stiffness Matrix of Angular Contact Ball Bearings», ASME Journal of Tribology, 2013, 135(4):8
2013 D. Noel, S. Le Loch, M. Ritou and B. Furet, «HSM Spindle Model Updating with Physical Phenomena Refinements», Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences, Vol. 7A, p. 9, August 4-7, 2013, Portland, Oregon
2013 D. Tlalolini, S. Rialland, M. Ritou, D. Noel, S. Le Loch and B. Furet, «Excitateur Electromagnétique de Broche d'Usinage.», 8th National Conference on Control Architectures of Robots, p. 7, Juin 12-13, 2013, Angers, France
2012 D. Noel, M. Ritou, S. Le Loch and B. Furet, «Bearings influence on the dynamic behavior of HSM spindle »,In Proceedings of the ASME 2012 11th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, Vol. 4, pp. 107-114, July 2-4, 2012, Nantes, France

Résumé (Manuscrit confidentiel jusqu'au 25/10/16)

Les électrobroches d'Usinage à Grandes Vitesses concentrent de nombreuses fonctions techniques essentielles dans un espace très restreint et confiné. Elles sont caractérisées par de fortes puissances, de très hautes vitesses de rotation et nécessitent une raideur importante. Il s'agit d'applications présentant un très haut critère Nd_m et donc très critiques pour les roulements. Le comportement des broches UGV en est d'autant plus complexe et difficilement prévisible. L'idée de ces travaux est de proposer un modèle dynamique juste nécessaire pour faciliter la conception de nouvelles broches et optimiser le choix des conditions de coupe, tous deux pour un environnement industriel. Pour cela, une approche phénoménologique est adoptée. Pour commencer, l'élément roulement à billes à contact oblique est finement modélisé. Outre les effets dynamiques sur les billes à haute vitesse de rotation, les déformations macroscopiques des bagues sont considérées pour le modèle analytique à cinq degrés de liberté du roulement. Une nouvelle formulation analytique exacte de la matrice de raideur du roulement est proposée puis validée. Ensuite, le modèle du comportement axial d'une broche à double précharge est recalé grâce aux résultats expérimentaux obtenus avec le dispositif de chargement axial développé à cet effet. Au final, non seulement les grandeurs de précharge sont identifiées, mais surtout de nouveaux phénomènes physiques, indispensables pour simuler le comportement complexe et couplé de la broche, sont décelés : expansion radiale des bagues, présence d'une butée, rétrécissement centrifuge de l'arbre et frottement sec sur le système de précharge. Enfin, pour l'étude du comportement global de broche, un excitateur électromagnétique a été développé afin de solliciter la broche radialement et sans contact. Le modèle tridimensionnel de la broche, non-linéaire et par Eléments Finis, est mis au point pour une résolution en temporel. L'intégration du modèle de roulement dans le modèle de broche est envisagée pour plusieurs hypothèses. Les résultats de simulation, validés par des essais expérimentaux montrent que, dans le cas d'un rotor raide en flexion et d'une précharge importante, il n'est pas nécessaire de prendre en compte la non-linéarité des roulements, une fois la précharge réévaluée par équilibre dynamique axial. Enfin, les comportements fréquentiels obtenus expérimentalement et par simulation sont comparés et analysés. L'évolution des fréquences et le couplage des modes sont examinés grâce au modèle numérique complet.

Mots-clés : broche UGV, roulements à billes, matrice de raideur, montage de roulements préchargé, recalage de modèle, dynamique des rotors, excitateur électromagnétique.

Stage Master II : Modélisation du Comportement Dynamique des roulements de Broches UGV

Encadrants :

  • Mathieu RITOU (Maître de Conférence - Université de Nantes)
  • Grégoire PEIGNE (entreprise MITIS)

Documents :

Stage Master I : Crack simulation with eXtended Finite Element Methods

Encadrant : Stéphane BORDAS (Lecturer - Glasgow University)

2008 Rapport de stage