+ 2018 MOCAPEE – Développement d’un modèle prédictif du cavitation peening

Porteur du projet

Cyril Mauger LMFA INSA Lyon

cyril.mauger@nullinsa-lyon.fr

Laboratoire(s) membre(s)

DURÉE : 3 ans
FINANCEMENT INGENIERIE@LYON : 190k€

PLATEFORMES INGENIERIE@LYON :
MATERIAUX & PROCEDES
CONCEPTION ROBUSTE
ENVIRONNEMENT & ENERGIE

SECTEURS INDUSTRIELS :
AERONAUTIQUE
AUTOMOBILE
CHIMIE ET MATERIAUX
FERROVIAIRE
INDUSTRIES ET TECHNOLOGIES DE SANTE
INDUSTRIE NAVALE ET MARITIME
NUCLEAIRE

Axe(s) de recherches

OBJECTIF

La mise en compression par jet cavitant, ou cavitation peening, est un procédé innovant de mise en compression des surfaces. Elle permet d’augmenter la durée de vie des pièces mécaniques en introduisant des contraintes résiduelles de compression à l’aide de l’implosion de bulles de cavitation. Ce procédé, déjà appliqué industriellement dans le domaine du nucléaire notamment, est particulièrement intéressant car il permet de traiter des géométries peu accessibles sans problématique de pollution des surfaces traitées.

Les phénomènes physiques du procédé sont complexes et restent mal compris. La maîtrise actuelle de la mise en compression par jet d’eau cavitant est ainsi très empirique et la littérature scientifique relative à la simulation et à la prédiction du procédé quasi-vierge.

L’objectif du projet MoCaPee est de mieux comprendre la physique de la mise en compression par jet cavitant afin d’établir des modèles prédictifs des contraintes résiduelles et d’augmenter la durée de vie des pièces traitées via ce procédé. Des travaux préliminaires s’appuyant à la fois sur des modèles couplés de simulations numériques en mécanique des fluides et des solides et sur des modèles analytiques du comportement de bulles de cavitation ont permis aux partenaires de mettre en place un dispositif expérimental original afin d’observer le procédé de mise en compression par jet d’eau cavitant et d’en identifier les paramètres saillants. Le projet MoCaPee consiste, d’une part, à faire évoluer le dispositif existant en un démonstrateur instrumenté capable de traiter des pièces de petite taille. D’autre part, il permettra de développer un nouveau modèle numérique s’appuyant sur les paramètres du demonstrateur et de relier ces derniers aux niveaux des contraintes résiduelles induites, aux temps de traitements des pièces et aux risques d’érosion. Les modèles développés s’appuieront sur les résultats expérimentaux du dispositif original amélioré (1) d’une instrumentation fine pour obtenir de nombreuses grandeurs intermédiaires (diamètre et distribution des bulles traitées, pressions d’impact…) et (2) d’un pilotage du procédé (démonstrateur physique) permettant le traitement complet de pièces de petites dimensions.

Le projet MoCaPee conduira ainsi à une plus grande maîtrise de la mise en compression par jet d’eau cavitant dont les applications dans plusieurs domaines industriels (énergie, transport notamment) sont déjà effectives ou à fort potentiel. Cette meilleure compréhension et le développement des modèles de prédiction diminueront fortement les coûts de mise en place de ce procédé qui permet de traiter des géométries complexes, sans besoin de démonter les pièces, sans apport de matière extérieure et sans pollution.

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