From computed tomography 3D images to numerical simulations of high pressure turbine blades of aeronautical engines at Safran aircraft engines

Computed Tomography (CT) is opening up exciting new prospects for the progress of computational continuum mechanics. Employment of CT data could improve considerably the predictability of numerical simulations. Significant gain could be thus achieved in terms of reliability and performance, designing lighter structures which are a major challenge in the aerospace domain. After an introduction to Computed Tomography and its principles, this work proposes a methodology for CT scans exploitation in numerical simulations. Three-dimensional images based on gray level voxels are converted into 3D volume meshes after image processing and solid mesh generation. High quality 3D models are obtained. CT data have then been used in the prediction of the fracture initiation area in a nickel based super-alloy specimen. Numerical results were confirmed by a mechanical test. Finally, dynamic and static analysis have been performed on real high pressure turbine blades of aeronautical engines developed by Safran Aircraft Engines.

La tomografia computerizzata (Computed Tomography, CT) sta aprendo nuove interessanti prospettive che potrebbero contribuire significativamente al progresso dell’analisi numerica nel campo della meccanica dei mezzi continui. Grazie all’impiego di dati CT, è pertanto possibile migliorare la predizione di simulazioni numeriche: in tal modo si originano significativi vantaggi in termini di affidabilità e prestazioni, attraverso la progettazione di strutture notevolmente più leggere, le quali rappresentano tutt’oggi una vera sfida nel settore aerospaziale. In seguito ad una introduzione alla tecnologia della tomografia e i suoi principi, questo elaborato si propone inoltre l’obiettivo di illustrare una metodologia specifica per lo sfruttamento dei dati CT nelle simulazioni numeriche. Partendo quindi da immagini tridimensionali costituite da voxels in scala di grigio, si genera una mesh volumica, i cui risultati vengono trattati e convertiti in modelli 3D di alta qualità. I dati CT ottenuti sono conseguentemente impiegati per la predizione dell’area di propagazione della frattura su un provino realizzato in super-lega di nichel, e gli esiti numerici sono conseguetemente validate mediante un test meccanico di fatica a bassa frequenza. Infine, vengono effettuate analisi dinamiche e statiche su rotori di turbina di alta pressione (HPTR) con la loro reale geometria dopo produzione dei principali motori aeronautici sviluppati da Safran Aircraf Engines.