caractérisation mécanique globale et locale de joints soudes des tuyauteries sous pression

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE l’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DJILLALI LIABES DE SIDI BEL ABBES FACULTE DE TECHNOLOGIE

DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE Présenté Pour l’obtention du grade de

DOCTEUR EN SCIENCES SPÉCIALITÉ : Vibration des machines

Par

BAHRAM Kaddour TITRE

CARACTERISATION MECANIQUE GLOBALE ET LOCALE DE JOINTS SOUDES DES TUYAUTERIES SOUS PRESSION

Soutenu le : 30/11/2017 Devant le jury composé de :

Année Universitaire 2017/2018

Mr. MAZARI Mohamed Pr Président UDL-SBA

Mr. BOUCHOUICHA Benattou Pr Directeur de thèse UDL-SBA Mr. BENGUEDIAB Mohamed Pr Co-directeur de thèse UDL-SBA

Mr. BENACHOUR Mustapha Pr Examinateur Université de TLEMCEN Mr. OUELD CHIKH El Bahri Pr Examinateur Université de MASCARA Mr. BENDOUBA Mustapha MCA Examinateur Université de MASCARA

صخلملا

صخللما

في رظنلا نآلا بيج

قزنم

بيبناألا

دنع

ليلتح

أأ ةملاس

ةزجه

طغضلا

.

ليلتح لىع يوطني اذهو

ئماقلا رضرلا ةروطخ

وأأ

تفلما

ض

لىع

ةزجهألا هذه

,

تارابتخالا ذيفنت

يكينكايلما

ة

لم

ةفلتلف

تميس داولما

يوتلف سم لىع

م

رتلف

LMSR

ابعلب يدي س

س

يرياعلما فلتلفم نم لىثلما ةدافتلف سالا في ةهماسلما هي فادهألاو ،لةمكا ةسارد يمدقت لجأأ نم

لىع رثؤت تيلا

ج

م

احا نم ةفلتلف

.بيبناألا

ادختلف سا تم

ينتلف سارد

:

-

،بعتلفلا ةرهاظ حشرو ،داوملل ةيكينكايلما صئاصلخبا ةقلعتلفلما لماوعلا فلتلفم ةسارلد ةسركم ةيبيرتج ةسارد

.ةموحللما لصافلما لةاح في ةرهاظلا هذه ةسارد في ةهماسلماو

ةسارد لكذك تمي

-

هذه لىع ةيددع ةكاامح

تلفل ةموحللما تلاصولا

دويقلا ديدح

لما نداعلما لكذكو ةمدختلف سلما داوملل ةفلتلفلما

ةةاض

.كليهلا ةملاس نم ققحتلفلاو

بتخالا ترهظأأ دقو

لل لضةأأ ةمواقم هيلد دختلف سلما بلصلا نأأ ةفلتلفلما تارا

عدصتلف

با

و بلصلا نوبركلا م ةنراقم بعتلفل

لى ا جري اذه

حاا محجو ةيكينكايلما صئاصلخا ينستح

ةيددعلا ةكاالمحاو .بوب

نكملما نم تلعج ،ينجنه ادختلف سبا

لىع ءوضلا طيلست

ةقلعتلفلما يرياعلما ةيهمأأ

لمكاتلفلا يمق ركأأ لجستو .جذونملبا

(

J)

.كمسلاو نرلما دحاا يمق صىقأأو طغض صىقأأ ينب لجما دنع

خشرلا / ةبلاص / ةنورلما / ةكتشم ةموحلم / قزتم :ثحبلا تماكل

σ σ

ʋ

σ σ

-

- - - -

δ

- Défaut semi-elliptique

- ≤ - ≤ ≤ - θ θ θ θ θ - - - θ

- Pour les défauts paraboliques, nous avons 5 𝑀 = √1 + 0.8 (_𝐷2𝑐 𝑒𝑥𝑡) 2 (𝐷𝑒𝑥𝑡 𝑡 ) 6

- Pour les défauts rectangulaires, nous avons

{ √0.8 ( 2𝑐 𝑅𝑒𝑥𝑡) 2 (𝐷𝑒𝑥𝑡 𝑡 ) > 4 𝑃𝑢𝑙𝑡 =2(1.1𝜎𝑦) 𝑡 𝐷𝑒𝑥𝑡 [1 − 𝑎 𝑡] 7 σ σ -

-

11

12

Ou Q est un facteur de correction :

14

- { 𝟐𝒄 √𝑫𝒕_𝒊𝒏𝒕𝒕 < 𝟔 𝑷𝒖𝒍𝒕= 𝟎. 𝟗𝟐𝝈𝒖𝒍𝒕 𝒕 𝑫𝒊𝒏𝒕 [𝑪𝟎+ 𝑪𝟏( 𝟐𝒄 √𝑫𝒕_𝒊𝒏𝒕𝒕 ) + 𝑪𝟐( 𝟐𝒄 √𝑫𝒕_𝒊𝒏𝒕𝒕 ) 𝟐 ] 15 - { 𝟐𝒄 √𝑫𝒕_𝒊𝒏𝒕𝒕 > 𝟔 𝑷𝒖𝒍𝒕=𝟐𝝈𝒖𝒍𝒕 𝒕 𝑫𝒊𝒏𝒕 [𝑪𝟒+ 𝑪𝟓( 𝟐𝒄 √𝑫𝒕_𝒊𝒏𝒕𝒕 )] 16 𝐶0 = 0.06 (𝑎_𝑡) 2 − 0.1035 (𝑎_𝑡) + 1 𝐶₁ = 0.09136 (𝑎_𝑡)2− 0.4548 (𝑎_𝑡) − 0.1447

𝐾𝑐∗=𝜎𝑔 𝑐_√𝜋𝑎 √[1 −(𝜎𝑔𝑐⁄ )𝜎0 2 ] ⁄ _{𝐾𝑟= √[1 −}𝑆𝑟2 2] 𝐾𝐷∗= √8 𝑅𝑒2(_𝜋𝑎) 𝑙𝑛 ( 1 𝑐𝑜𝑠(𝜋𝜎𝑔⁄2 𝑅𝑒)) 𝐾𝑟= 1 √_𝜋8₂𝑙𝑛 (_{𝑐𝑜𝑠(𝜋𝑆}1 𝑟⁄ )2 ) 𝐾𝑁∗ = 𝜎𝑁𝑐√𝜋𝑎 𝐾𝑟= 1 − 𝑚𝑁𝑆𝑅 𝐾𝑐∗= 𝜎𝑔𝑐√𝜋𝑎𝑒𝑓𝑓 𝐾𝑟= (1 − 0.14 𝑆𝑟2) ∙ (0.3 + 0.7 𝑒𝑥𝑝(−0.65 𝑆𝑟6)) 𝐾𝑐∗= 𝜎𝑔𝑐√𝜋𝑎𝐹𝜎(𝑎 𝑤⁄ )√[( 𝜎𝑔𝑐 𝜎0) 2 + 𝛼 (𝜎𝑔𝑐 𝜎0) 𝑛+1 ] 𝐾𝑟= 𝑆𝑟 √𝑆𝑟2+ 𝛼𝑆𝑟𝑛+1 𝐾𝐽∗= √𝐸𝐽𝑒𝑙(𝑎0) ( 𝑃 𝑃𝐿) 2 + 𝐸𝐽𝑝𝑙(𝑎, 𝑛) ( 𝑃 𝑃𝐿) 𝑛+1 𝐾𝑟= 𝑆𝑟 √𝐻𝑒𝑆𝑟2+ 𝐻𝑛𝑆𝑟𝑛+1 𝐾𝑐∗= 𝜎𝑔𝑐√𝜋𝑎𝐹𝜎(𝑎 𝑤⁄ ) √[1 − 𝐹𝜎2 𝛽(𝜎𝑔𝑐⁄ )𝜎0 2 ⁄ ] 𝐾𝑟= 1 − 𝐹 𝜎2 𝛽𝑆𝑟2 ⁄ 𝐽𝑝𝑙 = 𝐽𝑒𝑙𝐾𝐴16 𝐾𝑟𝑐= √1 𝐴⁄ = 1 √(𝐸𝜀𝑟𝑒𝑓 𝜎_𝑟𝑒𝑓) + ( (𝜎𝑟𝑒𝑓⁄ )𝑅𝑒 2 2 𝐸𝜀𝑟𝑒𝑓 ⁄ ₎ ⁄

- Prélèvement de l’éprouvettes CT dans la zone affectée thermiquement

𝐾 = 𝑃 𝐵√𝑊 𝑓(𝛼) P

w

B w a  

a

 

a_w f  w a 

 

w a f

 

   

2

 

3

 

4

 

5

 

6 2017 4287 3781 1698 7 . 414 32 . 40 55 . 4 w a w a w a w a w a w a w a f         w a 

 

w a f

 

 

12

 

32

 

52

 

72

 

92 9 . 638 1017 7 . 655 5 . 185 6 . 29 w a w a w a w a w a w a f      w a 





 



 

  f w B P K 2 3 1 2   

P

 

 

 

2

 

3

 

4 6 . 5 72 , 14 31 . 13 64 , 4 886 . 0           f w a   w a  1 . 0 max min   P P R

2 2 1 2 2 1 1 0                  C C N b C C N b b a i i i 2 1 0

,

b

et

b

b



3 3



1 2 1     N_i N_i C 25



3 3



2 2 1     Ni Ni C 26 i

a

         ₂ 2 1 2 2 1 ₂ C C N b C b dN da _{i 27}

II.5 Résultats et discussions :

 

m K C dN da   28 o o o

K  K  0 200000 400000 600000 0 5 10 15 20 25 ZAT MF MB a (mm) N (cycles) da/dN=7,83E-8_K2,4 da/dN=2,54E-12_K6,1 da/dN=4,25E-9_K3,4



II.6 Estimation de la ténacité II.6.1 Démarche expérimentale

- - - 10 15 20 25 30 35 40 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 ZAT MF MB da /d N (mm/ cycl es) K (MPa m1/2)

II.6.2 Représentation des corrélations utilisées pour évaluer la ténacité à rupture

- - -

II.6.3 Zone fragile et de transition de la courbe de résilience

II.6.4 Comportement entièrement ductile plateau supérieur de la courbe de transition :

𝐾𝑚𝑎𝑡 = 17 𝐾𝑉 + 1740 30

II.7 Critique de la méthode

- -

- -

- -

Figure

II.9 Conditions d’essais :

Figure 51

II.10 Discutions des résultats : - - - - -

Figure 53 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 MB MF ZAT K v ( J) Température (°C) Zone de transition

Figure 54 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 50 100 150 200 250 MB MF ZAT T éna ci té (M pa m 1/ 2) Température (°C)

-

-

-

- - Contrainte circonférentielles

𝜎

_𝑐

=

𝑃𝐷 2𝑡 31 - Contrainte longitudinales 𝜎 = 0 𝜎 = 𝜈𝑃𝐷_2𝑡 1 3∗ 𝜎𝑐≤ 𝜎𝐿 ≤ 1 2𝜎𝑐

Définitions des objectifs et critères

Définition des facteurs étudiés et du domaine expérimental

Construction du plan d’expériences Expérimentation

Analyse des résultats L’arrêt ou la poursuite de l’étude

Validation des résultats Conclusion de l’étude

23 23 13 13 12 12 3 3 2 2 1 1 0

a

.

X

a

.

X

a

.

X

a

.

I

a

.

I

a

.

I

a

y















35

≡ ≡ ≡

𝑦 = 78.195 − 17.5775𝑥1− 25.9425𝑥2+ 37.3725𝑥3+ 0.245𝐼12− 13.43𝐼13− 23.99𝐼₂₃+ 0.0475𝐼₁₂₃

𝐽 = 78.195 − 17.5775𝑥₁ − 25.9425𝑥₂+ 37.3725𝑥₃ + 0.245𝐼₁₂− 13.43𝐼₁₃− 23.99𝐼₂₃+ 0.0475𝐼123

Figure 64:Représentation géométrique du plan 23

estimé

i

Y

Y

≠



  2 2 1 i e p n  n i 2 2   

2 i

e



_i



8*0,015625



0,125 7 8 1 1 2 2     



e_i p n  015625 , 0 8 125 , 0 2 2 _{  } n i   i i i

a

t





ν α ;ν

III.5 Principes des Diagrammes intégrité de rupture 𝐾_𝑟 = 𝐾𝐼𝑒 𝐾_𝐶∗ σ 𝑅𝑐 = (𝑅𝑒+ 𝑅𝑚)/2 𝑆𝑟 =𝜎_𝑅𝑔 𝑐 𝐾𝑟∗, 𝑆𝑟∗)

0 ≤ 𝑆𝑟 ≤ 0.62𝑆𝑟,𝑦

0.62𝑆𝑟,𝑦 ≤ 𝑆𝑟 ≤ 0.95𝑆𝑟𝑚𝑎𝑥 0.95𝑆𝑟𝑚𝑎𝑥≤ 𝑆𝑟 ≤ 𝑆𝑟𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑟,𝑦

𝐾_𝑟 = 𝐾𝐼𝑒 𝐾_𝐶∗ = √ 𝐽𝑎𝑝𝑝 𝐽𝐼𝐶 σ σ 𝑆_𝑟 =𝜎𝑛 𝜎𝑓= 𝑃 𝑃𝐿 𝑃 𝑃_𝐿 { 𝜎𝑓 = 𝜎𝑦+𝜎𝑢 2 𝑓𝑜𝑟𝜎𝑓 < 1.2 ∙ 𝜎𝑦 𝜎𝑓 = 1.2 ∙ 𝜎𝑦𝑓𝑜𝑟𝜎𝑓 ≥ 1.2 ∙ 𝜎𝑦 𝜎_𝑦: 𝜎_𝑢 ∶

- Niveau d’analyse 1 (matériau homogène) 𝒇(𝑺_𝒓) = { [𝟏 +𝑺𝒓𝟐 𝟐 ] −𝟏_𝟐 [𝟎. 𝟑 + 𝟎. 𝟕 ∙ 𝒆𝒙𝒑 (−𝝁 ∙ 𝑺_𝒓𝟔]𝒇𝒐𝒓𝑺_𝒓 ≤ 𝟏 𝒇(𝟏) ∙ 𝑺_𝒓𝑵−𝟏𝟐∙𝑵𝒇𝒐𝒓𝟏 ≤ 𝑺_𝒓 ≤ 𝑺_{𝒓𝒎𝒂𝒙} 𝟎𝑺_𝒓 ≥ 𝑺_{𝒓𝒎𝒂𝒙} 54 𝝁 = 𝒎𝒊𝒏 [𝟎. 𝟎𝟎𝟏 ∙ (_𝝈𝑬 𝒚) ; 𝟎. 𝟔] 55 𝑵 = 𝟎. 𝟑 ∙ (𝟏 −𝝈𝒚 𝝈𝒖) 56 𝑺_{𝒓𝒎𝒂𝒙} =𝟏_𝟐(𝝈𝒚+𝝈𝒖 𝝈𝒚 ) 57

- Niveau d’analyse 2 𝒇(𝑺_𝒓) = { [𝟏 +𝑺𝒓𝟐 𝟐 ] −𝟏_𝟐 [𝟎. 𝟑 + 𝟎. 𝟕 ∙ 𝒆𝒙𝒑 (−𝝁_𝒎∙ 𝑺𝒓𝟔]𝒇𝒐𝒓𝑺𝒓 ≤ 𝟏 𝒇(𝟏) ∙ 𝑺𝒓 𝑵𝑴−𝟏 𝟐∙𝑵𝑴_{𝒇𝒐𝒓 𝟏 ≤ 𝑺𝒓 ≤ 𝑺𝒓𝒎𝒂𝒙} 𝟎 𝑺𝒓≥ 𝑺𝒓𝒎𝒂𝒙 58 𝝁𝑴= 𝑴−𝟏 (𝑭𝒚𝑴 𝑭𝒚𝑩−𝟏)𝝁𝒘+(𝑴− 𝑭𝒚𝑴 𝑭𝒚𝑩)/𝝁𝑩 < 𝟎. 𝟔 Simon 𝝁𝑴= 𝟎. 𝟔 59 𝝁𝑩 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏 ∙ (_𝑹𝑬 𝟎.𝟐𝑩) < 𝟎. 𝟔 Simon 𝝁𝑩 = 𝟎. 𝟔 60 𝝁𝒘 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟏 ∙ (_𝑹𝑬 𝟎.𝟐𝑾) < 𝟎. 𝟔 Simon 𝝁𝑩 = 𝟎. 𝟔 61 𝑺_{𝒓𝒎𝒂𝒙} =𝟏_𝟐(𝟏 +_{𝟎.𝟑−𝑵}𝟎.𝟑 𝑴) 62 𝑵𝑴 = 𝑴−𝟏 (𝑭𝒚𝑴 𝑭𝒚𝑩−𝟏)𝑵𝒘+(𝑴− 𝑭𝒚𝑴 𝑭𝒚𝑩)/𝑵𝑩 63 𝑵𝑩 = 𝟎. 𝟑 ∙ (𝟏 − 𝑹𝒑𝟎.𝟐𝑩 𝑹𝒎𝑩 ) 64 𝑵𝑾 = 𝟎. 𝟑 ∙ (𝟏 − 𝑹𝒑𝟎.𝟐𝑾 𝑹𝒎𝑾 ) 65 - Niveau d’analyse 3 𝒇(𝑺𝒓) = { [ 𝑬𝜺𝒓𝒆𝒇 𝝈𝒓𝒆𝒇 + 𝟏 𝟐 𝑺𝒓𝟐 𝑬𝜺𝒓𝒆𝒇⁄𝝈𝒓𝒆𝒇] −𝟏_𝟐 𝒇𝒐𝒓 𝟎 ≤ 𝑺_𝒓≤ 𝑺_{𝒓𝒎𝒂𝒙} 𝟎 𝑺_𝒓≥ 𝑺_{𝒓𝒎𝒂𝒙} 66

𝑆𝑟𝑚𝑎𝑥= 1₂(𝑅𝑒_𝑅+𝑅𝑚 𝑒 ) σ 𝜎𝑟𝑒𝑓= 𝐿𝑟𝑅𝑒 𝜎𝑟𝑒𝑓= 𝑆𝑟𝑅𝑝0.2 et 𝐿𝑟𝑚𝑎𝑥= 1₂(𝑅𝑝0.2_𝑅 +𝑅𝑚 𝑝0.2 ) - Niveau d’analyse 4 𝐾_𝑟 = (_𝐽𝐽 𝑒) 1/2 𝑝𝑜𝑢𝑟 0 ≤ 𝑆_𝑟 ≤ 𝑆_{𝑟𝑚𝑎𝑥} 71 𝑆_{𝑟𝑚𝑎𝑥}= 1₂(𝑅𝑒+𝑅𝑚 𝑅𝑒 ) 72

- 𝐹𝑠,𝜎 = 𝑂"𝐵 𝑂⁄ "𝐴 𝑂"_𝐵 𝑂"_𝐴 - 𝐹_𝑠,𝑎 = 𝑂𝐶 𝑂𝐴⁄ 𝑂𝐶 𝑂𝐴 - 𝐹𝑠,𝐾 = 𝑂′𝐷 𝑂𝐴⁄ 𝑂′_𝐷 𝑂′_𝐴

-

≤ ≤ ≤ ≤

≤ ≤ ≤ ≤

≤ ≤ ≤ ≤

-

o o